. Tehnici Si Metode de Prelucrare Digitala a Imaginilor

CUPRINS

INTRODUCERE…………………………………………………………………8

CAPITOLUL 1 Tehnici si metode de prelucrare digitala a

imaginilor.Imbunatatirea imaginilor……………………9

1.1 Generalitati……………………………………………………………9

1.2 Metode și algoritmi de îmbunătățire a imaginii………………………………9

1.3 Operațiuni punctuale…………………………………………………………………10

1.3.1 Accentuarea de contrast…………………………………………..10

1.3.2 Limitarea și binarizarea imaginilor………………………………….11

1.3.3 Inversarea (negativarea) imaginilor…………………………………12

1.3.4 Extragerea unui bit……………………………………………………….13

1.3.5 Compresia de contrast……………………………………………………13

1.3.6 Scăderea imaginilor ……………………………………………………..13

1.4 Modelarea imaginilor prin histograme…………………………………………14

1.4.1 Egalizarea histogramei …………………………………………………14

1.4.2 Modificarea histogramei ……………………………………………..15

1.5. Operațiuni spațiale…………………………………………………………………..15

1.5.1 Mediere și filtrare trece-jos spațială……………………………….15

1.5.2 Filtrarea spațială direcționala…………………………………………16

1.5.3 Filtrarea mediană………………………………………………………..17

1.5.4 Accentuarea contururilor………………………………………………18

1.5.5 Filtrare trece-sus și trece-bandă spațială…………………………..19

1.5.6 Inversarea de contrast și scalare statistică………………………..20

1.5.7 Mărirea și interpolarea imaginilor (zooming)…………………..20

1.6. Operații de transformare a imaginilor…………………………………………22

1.6.1 Filtrare liniară generalizată…………………………………………….22

1.6.2 Filtrare neliniară…………………………………………………………..22

1.7 Pseudocolorarea imaginilor……………………………………………………….23

1.8 Imbunătățirea imaginilor color……………………………………………………26

1.9. Imbunătățirea imaginilor topografice(fotograme)…………………………26

1.9.1 Extragerea contururilor în fotograme……………………………..27

1.9.2 Segmentarea anatomică a fotogramelor………………………….28

1.10 Metode de secretizare a semnalului video complex……………………29

1.10.1 Inversarea impulsurilor de sincronizare…………………………30

1.10.2 Suprapunerea peste semnalul video complex a unui

semnal sinusoidal perturbator ………………………………………31

1.10.3 Metoda de secretizare prin deplasarea liniilor………………..31

1.10.4 Metoda de secretlzare prin secționarea liniilor si

rotirea lor………………………………………………………………….32

CAPITOLUL 2 Dispozitive de captare a imaginilor si pringipii folosite

la modelarea camerelor video cu destinatie speciala………35

2.1 Caracteristicile dispozitivelor videocaptoare………………………………………….35

2.1.1 Rezoluția…………………………………………………………………….35

2.1.2. Blumingul…………………………………………………………………..37

2.1.3. Randamentul cuantic și sensibilitatea spectrală………………..37

2.1.4. Captarea imaginii la nivele de lumină scăzute………………….38

2.1.5 Iluminarea din spate……………………………………………………..39

2.2 Videocaptoare pentru nivele scazute de lumina…………………….40

2.2.1 Generalitati………………………………………………….40

2.2.2 Limitări primordiale………………………………………………………41

2.2.3 Videocaptroane generatoare de semnal……………………………42 2.3 Intensificatori de imagine……………………………………………43

2.3.1. Generalități…………………………………………………………………….43

2.3.2 Caracteristicile intensificatorilor de imagine……………….44

2.3.3 Facilitati de folosire a intensificatorilor de imagine ……….48

2.4 Dispozitive videocaptoare in infrarosu………………………………49

2.4.1. Consideratii generale………………………………………49

2.4.2 Dispozitive videocaptoare in infrarosu monolitice…………50

2.4.2.1 Dispozitive fotoemisive cu bariera Schottky…….. ..50

2.4.2.2 Dispozitive cu semiconductori dopati extrinsic……51

2.4.3 Dispozitive videocaptoare in infrarosu hibride…………….52

2.4.3.1 Injectia directa……………………………………..52

2.4.3.2Injectia indirecta…………………………………….52

2.5 Sectoare de intrebuiunțare a termoviziunii …………………………53

2.5.1 Termoviziunea in medicina…………………………………53

2.5.2 Termoviziunea in stiinta si tehnica…………………………54

2.5.2.1 Studiul transferului căldurii metalelor în tunelele

hipersonice ………………………………………………………55

2.5.2.2 Rezolvarea unor probleme de tehnologie spațială….55

2.5.2.3 Supravegherea proceselor industriale…………………..55

2.5.2.4 Detectori de mișcare………………………………………….56

2.6 Domenii de aplicație a camerelor video cu destinație speciala……..

2.6.1 Aplicații ale dispozitivelor videocaptoare lineare………

2.6.2 Utilizarea matricilor videocaptoare în sistemele

de urmărire……………………………………………………………….

CAPITOLUL 3 Camere video speciale folosite in sisteme militare

de televiziune …………………………………………………………………62

3.1.Cercctarea……………………………………………………………65

3.1.1 Avioanele fără pilot…………………………………………66

3.1.2 Roboții ……………………………………………………..67

3.1.3 Sateliții de cercetare…………………………………………68

3.1.4 Mijloace de cercetare terestre, aeriene si navale…………….69

3.2 Completul de luptă al soldatului de mâine…………………………..71

3.3 Sistem automatizat de conducere a focului a armamentului

de pe tanc…………………………………………………………….72

3.4 Sisteme de urmărire a țintelor prin analiza imaginii video………….73

3.5 Televinunea ca mijloc de legătură……………………………………73

3.6 Autodirijarea sau dirijarea rachetelor, bombelor

si a proiectilelor de artilerie…………………………………………..75

CAPITOLUL 4 Camere video cu principii de funcționare în

infraroșu și termoviziune …………………………………..78

APLICATIE……………………………………………………………………87

CONCLUZII……………………………………………………………………90

BIBLIOGRAFIE…………………………………………………………………93

INTRODUCERE

Televiziunea este una din componentele de neânlocuit ale cominicațiilor moderne.ea a devenit un suport important în tehnica militară modernă,avînd o contribuție importanta la anticiparea, conducrea și supravegherea unor acțiuni militare.

Tancurile înzestrate cu camere de luat vederi, vizarea și urmarirea unor ținte din avion, ca și evaluarea rezultatelor atacurilor efectuate, supravegherea unor zone pe timp de noapte sau în condiții de vizibilitate redusă, sisteme de vizualizare și redare individuale pentru luptători acționînd în condiții reduse de iluminare, supravegherea unor zone prin mijloace video din sateliți militari sunt doar cîteva din aplicațiile televiziunii în sfera militara. Desigur eficiența acestor mijloace trebuie sa fie continuu maximizată și în acest context orice ameliorare în domeniu tehnic are implicații deosebite în plan practic.Este binecunoscut faptul că întotdeauna , majoritatea realizarilor tehnice importante au avut inițial ca domeniu de aplicare sectorul militar.

Lucrarea de fața conține patru capitole și o parte practică, și se referă în special la aplicații ale camerelor video cu caracteristici speciale folosite în sectorul militar. Primul capitol cuprinde moduri de prelucrare digitală a imaginilor și secretizarea semnalului video.Al doilea capitol constă din elemente ce se referă la camere video ce folosesc ca principiu de funcționare spectrul de infraroșu și termoviziunea. Al treilea capitol se referă la domenii de aplicații a camerelor video speciale în cadrul forțelor terestre iar în al patrulea capitol am dat câteva exemple de camere video cu destinație specială.

CAPITOLUL 1

Tehnici si metode de prelucrare digitala a imaginilor.Imbunatatirea imaginilor.

1.1 Generalitati.

Termenul de digital image processing, (prelucrare digitală a imaginilor) se referă la prelucrarea cu calculatorul a semnalului bidimensional de televiziune, într-un context mai larg, se poate spune că el cuprinde orice tip de prelucrare a unor informații de tip bidimensional. Prelucrarea digitală a imaginilor are un spectru foarte larg de aplicații, între transmisia și memorarea de imagine pentru aplicații economice, procesarea medicală a imaginilor, prelucrarea imaginilor radar, sau sonar, inspecția automată a plachetelor echipate în industrie, etc.

In cazul metodelor de îmbunătățire a imaginilor, scopul este accentuarea anumitor caracteristici pentru analiza sau redarea acestora. Tehnicile de îmbunătățire a imaginilor transformă un nivel de gri în alt nivel de gri, după o anumită funcție, sau realizează operații de tip "fereastră" în imediata vecinătate a pixelului (transformări, convoluții, pseudocolorări, etc).

1.2 Metode și algoritmi de îmbunătățire a imaginii

Îmbunătățirea imaginilor se referă la punerea în evidență a unor caracteristici ale imaginii (contururi, contrast, etc), pentru a o face mai elocventă pentru diferite tipuri de aplicații. Metodele de îmbunătățire nu măresc conținutul de informații, dar măresc dinamica caracteristicilor alese, pentru a putea fi observate mai ușor. Dificultatea cea mai mare constă în alegerea criteriilor de îmbunătățire, motiv pentru care există o multitudine de tehnici empirice de îmbunătățire, majoritatea interactive.

Având în vedere utilitatea lor în practică, în toate aplicațiile legate de prelucrările digitale de imagini, aceste metode sunt foarte importante. Din punct de vedere al algoritmilor utilizați pentru îmbunătățirea imaginii, se disting patru categorii mari de tehnici de îmbunătățire:

Operațiuni punctuale care cuprind: mărirea contrastului, atenuarea zgomotului, operațiuni de tip fereastră și modelarea imaginii prin histograme.

Operațiuni spațiale dintre care menționăm: curățarea de zgomot, filtrarea
mediană, filtrarea trece-jos, trece-sus și trece-bandă și tehnica de "zooming" a
imaginii.

Operațiuni de transformare a imaginilor, care cuprind: filtrarea liniară,
filtrarea de tip radical sau filtrarea homomorfică.

Operațiuni de pseudocolorare între care se disting tehnicile de colorare falsă
și pseudocolorare a imaginilor. [8]

1.3 Operațiuni punctuale

Operațiunile punctuale sunt așa-numite operații "cu memorie zero", la care un anumit nivel de gri trece în alt nivel de gri în conformitate cu o funcție v=f(u). Dintre aceste operații, se va face în continuare o trecere în revistă a celor mai importante.

1.3.1 Accentuarea de contrast

Accentuarea de contrast este necesară mai ales în cazul imaginilor cu contrast mic, datorat iluminării slabe sau dinamicii scăzute a elementului traductor imagine-curent electric. Funcția matematică utilizată este:

mu , 0<u<a,

n(u-a) + va , a<u<b

p(u-b)+vh , b<u<L

Parametrii a și b se obțin din examinarea histogrameiDispozitive videocaptoare in infrarosu………………………………49

2.4.1. Consideratii generale………………………………………49

2.4.2 Dispozitive videocaptoare in infrarosu monolitice…………50

2.4.2.1 Dispozitive fotoemisive cu bariera Schottky…….. ..50

2.4.2.2 Dispozitive cu semiconductori dopati extrinsic……51

2.4.3 Dispozitive videocaptoare in infrarosu hibride…………….52

2.4.3.1 Injectia directa……………………………………..52

2.4.3.2Injectia indirecta…………………………………….52

2.5 Sectoare de intrebuiunțare a termoviziunii …………………………53

2.5.1 Termoviziunea in medicina…………………………………53

2.5.2 Termoviziunea in stiinta si tehnica…………………………54

2.5.2.1 Studiul transferului căldurii metalelor în tunelele

hipersonice ………………………………………………………55

2.5.2.2 Rezolvarea unor probleme de tehnologie spațială….55

2.5.2.3 Supravegherea proceselor industriale…………………..55

2.5.2.4 Detectori de mișcare………………………………………….56

2.6 Domenii de aplicație a camerelor video cu destinație speciala……..

2.6.1 Aplicații ale dispozitivelor videocaptoare lineare………

2.6.2 Utilizarea matricilor videocaptoare în sistemele

de urmărire……………………………………………………………….

CAPITOLUL 3 Camere video speciale folosite in sisteme militare

de televiziune …………………………………………………………………62

3.1.Cercctarea……………………………………………………………65

3.1.1 Avioanele fără pilot…………………………………………66

3.1.2 Roboții ……………………………………………………..67

3.1.3 Sateliții de cercetare…………………………………………68

3.1.4 Mijloace de cercetare terestre, aeriene si navale…………….69

3.2 Completul de luptă al soldatului de mâine…………………………..71

3.3 Sistem automatizat de conducere a focului a armamentului

de pe tanc…………………………………………………………….72

3.4 Sisteme de urmărire a țintelor prin analiza imaginii video………….73

3.5 Televinunea ca mijloc de legătură……………………………………73

3.6 Autodirijarea sau dirijarea rachetelor, bombelor

si a proiectilelor de artilerie…………………………………………..75

CAPITOLUL 4 Camere video cu principii de funcționare în

infraroșu și termoviziune …………………………………..78

APLICATIE……………………………………………………………………87

CONCLUZII……………………………………………………………………90

BIBLIOGRAFIE…………………………………………………………………93

INTRODUCERE

Televiziunea este una din componentele de neânlocuit ale cominicațiilor moderne.ea a devenit un suport important în tehnica militară modernă,avînd o contribuție importanta la anticiparea, conducrea și supravegherea unor acțiuni militare.

Tancurile înzestrate cu camere de luat vederi, vizarea și urmarirea unor ținte din avion, ca și evaluarea rezultatelor atacurilor efectuate, supravegherea unor zone pe timp de noapte sau în condiții de vizibilitate redusă, sisteme de vizualizare și redare individuale pentru luptători acționînd în condiții reduse de iluminare, supravegherea unor zone prin mijloace video din sateliți militari sunt doar cîteva din aplicațiile televiziunii în sfera militara. Desigur eficiența acestor mijloace trebuie sa fie continuu maximizată și în acest context orice ameliorare în domeniu tehnic are implicații deosebite în plan practic.Este binecunoscut faptul că întotdeauna , majoritatea realizarilor tehnice importante au avut inițial ca domeniu de aplicare sectorul militar.

Lucrarea de fața conține patru capitole și o parte practică, și se referă în special la aplicații ale camerelor video cu caracteristici speciale folosite în sectorul militar. Primul capitol cuprinde moduri de prelucrare digitală a imaginilor și secretizarea semnalului video.Al doilea capitol constă din elemente ce se referă la camere video ce folosesc ca principiu de funcționare spectrul de infraroșu și termoviziunea. Al treilea capitol se referă la domenii de aplicații a camerelor video speciale în cadrul forțelor terestre iar în al patrulea capitol am dat câteva exemple de camere video cu destinație specială.

CAPITOLUL 1

Tehnici si metode de prelucrare digitala a imaginilor.Imbunatatirea imaginilor.

1.1 Generalitati.

Termenul de digital image processing, (prelucrare digitală a imaginilor) se referă la prelucrarea cu calculatorul a semnalului bidimensional de televiziune, într-un context mai larg, se poate spune că el cuprinde orice tip de prelucrare a unor informații de tip bidimensional. Prelucrarea digitală a imaginilor are un spectru foarte larg de aplicații, între transmisia și memorarea de imagine pentru aplicații economice, procesarea medicală a imaginilor, prelucrarea imaginilor radar, sau sonar, inspecția automată a plachetelor echipate în industrie, etc.

In cazul metodelor de îmbunătățire a imaginilor, scopul este accentuarea anumitor caracteristici pentru analiza sau redarea acestora. Tehnicile de îmbunătățire a imaginilor transformă un nivel de gri în alt nivel de gri, după o anumită funcție, sau realizează operații de tip "fereastră" în imediata vecinătate a pixelului (transformări, convoluții, pseudocolorări, etc).

1.2 Metode și algoritmi de îmbunătățire a imaginii

Îmbunătățirea imaginilor se referă la punerea în evidență a unor caracteristici ale imaginii (contururi, contrast, etc), pentru a o face mai elocventă pentru diferite tipuri de aplicații. Metodele de îmbunătățire nu măresc conținutul de informații, dar măresc dinamica caracteristicilor alese, pentru a putea fi observate mai ușor. Dificultatea cea mai mare constă în alegerea criteriilor de îmbunătățire, motiv pentru care există o multitudine de tehnici empirice de îmbunătățire, majoritatea interactive.

Având în vedere utilitatea lor în practică, în toate aplicațiile legate de prelucrările digitale de imagini, aceste metode sunt foarte importante. Din punct de vedere al algoritmilor utilizați pentru îmbunătățirea imaginii, se disting patru categorii mari de tehnici de îmbunătățire:

Operațiuni punctuale care cuprind: mărirea contrastului, atenuarea zgomotului, operațiuni de tip fereastră și modelarea imaginii prin histograme.

Operațiuni spațiale dintre care menționăm: curățarea de zgomot, filtrarea
mediană, filtrarea trece-jos, trece-sus și trece-bandă și tehnica de "zooming" a
imaginii.

Operațiuni de transformare a imaginilor, care cuprind: filtrarea liniară,
filtrarea de tip radical sau filtrarea homomorfică.

Operațiuni de pseudocolorare între care se disting tehnicile de colorare falsă
și pseudocolorare a imaginilor. [8]

1.3 Operațiuni punctuale

Operațiunile punctuale sunt așa-numite operații "cu memorie zero", la care un anumit nivel de gri trece în alt nivel de gri în conformitate cu o funcție v=f(u). Dintre aceste operații, se va face în continuare o trecere în revistă a celor mai importante.

1.3.1 Accentuarea de contrast

Accentuarea de contrast este necesară mai ales în cazul imaginilor cu contrast mic, datorat iluminării slabe sau dinamicii scăzute a elementului traductor imagine-curent electric. Funcția matematică utilizată este:

mu , 0<u<a,

n(u-a) + va , a<u<b

p(u-b)+vh , b<u<L

Parametrii a și b se obțin din examinarea histogramei imaginii, iar m, n, p determină gradul de accentuare a contrastului. în figura 1 se prezintă o accentuare de contrast cu următorii parametri:

Figura 1.Accentuarea de contrast

m<1penru regiunile întunecate și a =L/3

n>1 pentru regiunea medie de gri și b =(2/3)L

p<1 pentru regiunile luminoase

1.3.2 Limitarea și binarizarea imaginilor

Limitarea este un caz particular de accentuare cu m=p=0.

0 ,0<u<a

f(u)= nu,a<u<b

L ,b<u<L

V V V

U

a b c

Figura 2. Limitarea imaginilor

Metoda este folositoare pentru atenuare zgomotului, când se știe că aceasta este în domeniul [a,b] (fig.2 a, b, c).

Binarizarea este un caz particular de limitare, rezultând o imagine de ieșire binară .De exemplu, o pagină tipărită nu dă, prin scanare, o imagine binară (datorită zgomotului senzorului și variațiilor de iluminare) prin această metodă obținându-se binarizarea imaginii.

Ambele operațiuni se folosesc pentru imagini binare sau în cazul altor tipuri de imagini care au o distribuție bimodală de nivele de gri. Parametrii a și b definesc "valea" dintre cele două vârfuri ale histogramei.

O exemplificare a efectului binarizării imaginii este prezentată în figura 3.

Figura 3

1.3.3 Inversarea (negativarea) imaginilor

Operația de inversare sau negativare este folosită în redarea imaginilor medicale, sau la realizarea de imagini negative digitale.

Relația dintre imaginea originală și imaginea prelucrată este prezentată în fig. 4

V V

L

L U U U

a b

Figura 4.Negativare de imagini Figura 5.Operatiuni tip fereastra

Reprezentările grafice ale celor două transformări sunt date în figura 5

Aceste transformări permit extragerea ("segmentarea") anumitor nivele de gri din restul imaginii. Ele sunt utile atunci când diferite caracteristici ale imaginii sunt conținute în regiuni cu nivele de gri diferite.

1.3.4 Extragerea unui bit

Presupunem că fiecare pixel din imagine este cuantizat cu B biți. Se dorește extragerea bitului de rangul n. Funcția corespunzătoare imaginii digitale se poate scrie sub forma:

u=k 12B-1+k22 B-2+…+k B-12+kB

Prelucrarea este folositoare pentru determinarea biților nesemnificativi din punct de vedere vizual într-o imagine. In general, se poate spune că doar primii 6 biți au semnificație din punct de vedere vizual, contribuția celorlalți fiind legată mai mult de redarea detaliilor fine din imagine, fără să ofere informații asupra structurii acesteia. [9]

1.3.5 Compresia de contrast

Compresia de contrast este utilizată în cazul în care dinamica datelor în imagine este foarte largă. Transformarea îmbunătățește vizibilitatea pixelilor de amplitudine mică față de pixelii de amplitudine mare.

1.3.6 Scăderea imaginilor

Uneori este necesară compararea a două imagini complexe cu multe elemente, dar având deosebiri relativ mici între ele. Cea mai simplă metodă constă în extragerea uneia din cealaltă prin scădere. Ca exemplu poate fi menționată detectarea componentelor lipsă de pe un circuit imprimat, prin scăderea imaginii plăcii echipate, de pe banda de asamblare, din cea a plăcii asamblate corect. Alt domeniu de aplicație constă în vizualizarea vaselor de sânge și a arterelor, pornind de la imagini obținute cu raze X. în acest caz, în circuitul sanguin este injectată o soluție opacă pentru razele X și se scad imaginile preluate, înainte și după injectare. Diferența celor două imagini evidențiază traiectoria circuitului sanguin.

1.4Modelarea imaginilor prin histograme

Histograma este reprezentarea frecvenței de apariție a diferitelor nivele de gri într-o imagine. Prin modelarea histogramei se modifică imaginea, astfel încât să obținem o imagine cu histograma dorită. O aplicație de acest gen este utilă, de exemplu, pentru vizualizarea unor imagini cu contrast scăzut (având o histogramă foarte îngustă).

1.4.1 Egalizarea histogramei

Se face în scopul obținerii unei imagini cu histogramă uniformă.

u v v’

pu(xi)

Figura 6.Egalizare de histograma

In figura 8 este prezentat rezultatul aplicării unui algoritm de egalizare a histogramei pentru imaginea din figura 7.a, având un contrast foarte scăzut (histograma ei este foarte îngustă – imaginea 7.b). în figura 8.a este prezentată imaginea cu histograma egalizată, iar în 8.b modificarea histogramei.

a b

Imagine cu contrast scazut

Rezultatul egalizării cu histograma

1.4.2 Modificarea histogramei

Reprezintă, de fapt, o generalizare a algoritmului de egalizare. Nivelul de gri de intrare este mai întâi transformat neliniar prin F(u), iar ieșirea este cuantizată uniform. Algoritmul este cel prezentat în figura 9:

Figura 9

In locul funcției folosită la egalizare, și care realizează în general o compresie a variabilei de intrare, se pot folosi alte funcții cu comportare similară. Aceste funcții sunt similare cu transformările de compandare utilizate la cuantizarea imaginilor.

1.5. Operațiuni spațiale

Spre deosebire de operațiunile punctuale, cele spațiale se realizează asupra pixelilor din imaginea inițială, dar și asupra pixelilor din imediata lor vecinătate. Uneori, imaginea este convoluționată cu un filtru cu răspuns finit numit mască spațială. Dintre operațiunile spațiale ,următoarele sunt cele mai uzuale.

1.5.1 Mediere și filtrare trece-jos spațială

In acest caz, fiecare pixel este înlocuit cu o medie ponderată a pixelilor din vecinătate. Se observă că fiecare pixel este înlocuit cu media sumei dintre valoarea lui și media a patru pixeli din vecinătatea sa. Ferestrele utilizate pot fi de dimensiuni mai mici sau mai mari, în funcție de aplicație și de performanțele necesare. Este evident că folosirea unor ferestre de dimensiuni mai mari duce la creșterea performanțelor, în detrimentul, însă, al timpului de calcul și al capacității de memorie necesare. Exemple de ferestre utilizate, împreună cu valoarea coeficienților a(k,l), sunt prezentate în figura 10. a, b și c:

0 1 -1 0 -1 -1 0 -1

0

1

Fereastra 2 x 2 Fereastra 3 x3 Mediere ponderata

Figura 10.Ferestre utilizate in filtrarea spațiala mediana

Medierea spațială este utilizată pentru atenuarea zgomotului, filtrarea trece-jos și subeșantionarea imaginilor. Medierea spațială aplicată unei imagini fără zgomot u(m,n), constantă într-o fereastră W, va determina o îmbunătățire a raportului semnal/zgomot de Nw ori. In practică, mărimea ferestrei W este limitată, datorită faptului că u(m,n) nu este de obicei constantă, astfel că medierea spațială introduce distorsiuni de genul micșorării clarității imaginii.

1.5.2 Filtrarea spațială direcționala

Metoda de filtrare spațială direcțională se folosește în vederea protejării contururilor care se atenuează în procesul de mediere spațială. Mediile spațiale v(m,n,θ) se calculează în diferite direcții .

Se poate găsi o direcție, de-a lungul căreia valoarea I v(m, n) – v(m, n, θ )I

să fie minimă. în acest caz, valoarea v(m,n)=v(m,n,θ0) dă rezultatul dorit. Metoda este exemplificată în figura 11.

W0

k

Figura 11.Filtrarea spațiala direcționala

1.5.3 Filtrarea mediană

Pixelul din imaginea de intrare se înlocuiește cu media pixelilor conținuți într-o fereastră din jurul pixelului:

v(m,n) = media {y(m-k,n-l),(k,l) Є W}

unde W este o fereastră aleasă corespunzător. Algoritmul de filtrare mediană necesită așezarea valorilor pixelilor din fereastra W în ordine crescătoare sau descrescătoare și determinarea valorii medii. In general, fereastra se alege astfel ca Nw să fie impar. în cazul când Nw este par, media se determină ca media celor două valori din mijlocul șirului ordonat. Ferestrele tipice utilizate au dimensiuni de 3X3, 5X5, 7X7 sau fereastra în cinci puncte din figura 10.c.

Filtrul median are următoarele proprietăți:

– Este un filtru neliniar, pentru două secvențe x(m) si y(m) media {x(m)+y(m)} ≠ media{x(m)} +media{y(m)}

– Este util pentru înlăturarea liniilor sau pixelilor izolați, cu păstrarea rezoluției spațiale: are performanțe slabe când numărul pixelilor afectați de zgomot este mai mare sau egal cu jumătate din numărul total al pixelilor din fereastră. Alternative pentru filtrarea mediană constau în înlocuirea zgomotului izolat prin găsirea unei medii spațiale și înlocuirea pixelului cu această valoare medie dacă valoarea zgomotului este mare.

Pentru zgomot de tip gausian aditiv se folosesc algoritmi ce utilizează proprietățile statistice ale imaginii și zgomotului. Există, de asemenea, algoritmi adaptivi ce ajustează răspunsul filtrului în concordanță cu variațiile locale ale proprietăților statistice. Pentru zgomot multiplicativ se utilizează algoritmi de curățare prezentați în capitolul referitor la refacerea imaginilor.

In figura 12 este prezentată în stânga o imagine cu zgomot binar, iar în dreapta, aceeași imagine prelucrată prin filtrare mediană cu o fereastră de 3×3.

In figura 13.a, imaginea afectată de zgomot gaussian este filtrată median pe o fereastră de 3×3 pixeli, rezultând imaginea din figura 13.b[9]

Figura 12. Atenuarea zgomotului binar folosind filtrarea mediană

a b

Figura13. Reducerea zgomotului gaussian prin filtrare mediană

Accentuarea contururilor

Operațiunea de accentuare de contur constă în extragerea din imaginea originală a unui semnal proporțional cu imaginea filtrată trece-jos. Aceasta este echivalent cu adunarea unui semnal trecut printr-un filtru trece-sus la imagine. In general, accentuarea de contur poate fi exprimată matematic printr-o relație de forma:

v(m, n) = u(m, n) + λg(m, n)

unde λ>0 și g(m,n) este gradientul definit în mod convenabil al funcției u(m n).

Din punct de vedere al prelucrărilor pe care le suferă semnalul figura 6.17 a, b, c, d prezintă succesiunea lor și efectul final asupra imaginii:

Semnal Filtrare Filtrare a+λc

trece jos trece sus

a b c d

Figura 14.Algoritm de accentuare de contur

1.5.5 Filtrare trece-sus și trece-bandă spațială

Medierea spațială este de fapt o filtrare de tip trece-jos (figura 15). Dacă hTj (m,n) este funcția de transfer a unui FTJ, atunci un FTS va avea o funcție de

transfer hTs(m,n).

hTS (m, n) = δ(m, n) – hTJ(m,n)

Un asemenea filtru se poate implementa prin scăderea imaginii obținute prin filtrare TJ din imaginea inițială (figura 16).

u(m,n) VTJ (m,n) VTS (m,n)

Figura 15.filtrare trece-jos Figura 16.Filtrare trece sus

Filtrarea de tip trece-jos se utilizează pentru atenuarea zgomotului și pentru interpolare, iar filtrarea de tip trece-sus se folosește pentru extragerea sau accentuarea contururilor. Filtrarea de tip trece-bandă este utilă pentru îmbunătățirea contururilor sau altor caracteristici de tip trece-sus ale unei imagini, în prezența zgomotului.

In figura 17.a este prezentată o imagine și rezultatul trecerii prin filtre spațiale: filtru trece-sus (17.b), filtru trece-jos (17.c) și filtru trece-bandă (17.d).

c d

Figura 17.

1.5.6 Inversarea de contrast și scalare statistică

Ochiul detectează un obiect pe un fond uniform, în funcție de mărimea sa și de factorul de contrast y, definit ca:

y=

unde σ este deviația standard a luminanței obiectului față de fond, iar μ este luminanța medie a obiectului.

O transformare de acest tip generează o imagine la care contururile cu contrast slab sunt accentuate. Un caz special îl constituie transformarea care scalează fiecare pixel în funcție de deviația sa standard, rezultând o imagine având pixeli cu variantă unitară, transformare care poartă numele de scalare statistica. Operația duce la rezultate spectaculoase în ceea ce privește punerea în evidență a unor detalii care nu apar în imaginea originală.

1.5.7 Mărirea și interpolarea imaginilor (zooming)

Dintre modalitățile de zooming, cele mai importante dublarea imaginii și interpolarea liniară.

In cazul dublării imaginii, fiecare pixel de-a lungul unei linii și fiecare linie este repetată. Acest lucru este echivalent cu întrețeserea unei imagini de dimensiuni MxN cu linii și coloane de zerouri, pentru a obține o matrice de dimensiuni 2Mx2N și, apoi, convoluția acesteia cu o matrice H de forma:

H=

In figura 18 este prezentată o imagine cu rezoluția de 128×128 pixeli (fig.18 a), imaginea dublată la 256×256 pixeli (fig.18.b) și din nou dublată, imaginea din figura 18.c făcând, de fapt, parte dintr-o imagine cu dimensiunile de 512×512 pixeli.

a b c

Figura 18. Rezultatul dublării succesive a unei imagini

Interpolarea liniară este o multiplicare a imaginii, la care pixelii care se intercalează sunt media aritmetică a pixelilor vecini din imaginea originală.

Un rezultat similar se poate obține prin convoluția matricii 2Mx2N (obținută prin întrețeserea imaginii MxN originale cu o matrice MxN de zerouri), cu matricea

H=

a cărei origine (m=0, n=0) este în centrul matricei. Algoritmul folosit în acest caz este ilustrat în figura următoare:

1.6. Operații de transformare a imaginilor

In tehnicile de îmbunătățire a imaginii care folosesc operații de transformare ce realizează operații punctuale asupra imaginii transformate, după care urmează transformarea inversă (figura 20).

Dintre operațiunile care se aplică transformatei unei imagini menționăm filtrarea liniară generalizată, filtrarea neliniară, precum și filtrarea cepstrum și homomorfică.

u(m,n) v(m,n) v′(m,n) u′(m,n)

Figura 20.Imbunatatiri de imagini folosind transformari

1.6.1 Filtrare liniară generalizată

Operațiunile punctuale pe imaginea transformată sunt produse de forma:

v'(k,l) = g(k,l) x v(k,l)

unde g(k,l) se numește mască zonală (este zero în afara regiunii respective).

Aceste filtrări sunt de tip trece-sus, și sunt utilizate pentru refacerea imaginilor "încețoșate", (de turbulențe atmosferice, spre exemplu) sau de alte fenomene ce pot fi modelate analog.

1.6.2 Filtrare neliniară

Pentru acest tip de filtrare se ia rădăcina de ordinul alfa a mărimii componentei v(k,l), în timp ce faza se reține ca atare.

Pentru imagini obișnuite, dat fiind faptul că mărimea lui v(k,l) este mai mică la frecvențe spațiale mari, efectul este de îmbunătățire a frecvențelor spațiale înalte, comparativ cu frecvențele spațiale joase.

1.7 Pseudocolorarea imaginilor

Deoarece ochiul distinge mult mai multe culori decât trepte de gri, este posibilă mărirea dinamicii percepției vizuale prin codarea informației în culori. In mod normal, ochiul este capabil să distingă ceva mai mult de 30 de nivele de gri, pe când în domeniul culorilor, percepția vizuală este mult mai mare, ochiul putând distinge un număr foarte mare de culori. Sânt justificate, deci, preocupările de îmbunătățire a percepției vizuale prin transpunerea nivelelor de gri din imaginile alb-negru (monocrome) în spațiul culorilor. Cele mai utilizate metode în acest sens sunt colorarea falsă și pseudocolorarea. Colorarea falsă reprezintă transformarea unei imagini color în alta, pentru a obține un contrast mai mare de culoare. Pseudocolorarea reprezintă transformarea unui set de imagini u(m,n), într-o imagine color.

Transformarea se face în așa fel, încât diferite caracteristici să se distingă prin culori diferite.

Figura 21 prezintă procedura generală utilizată pentru pseudocolorare. Imaginile inițiale sunt transformate în trei imagini diferite, care sunt apoi transformate în spațiul culorilor primare R, G, B.

v1(m,n) R

u(m,n) v2(m,n) G c(m,n)

v3(m,n) B

Figura 21 Pseudocolorarea imaginilor monocrome

Dacă, de exemplu, dorim o pseudocolorare a unei imagini alb-negru, trebuie să facem o corespondență între gama dinamică de gri-uri și spațiul culorilor. O variantă este să păstrăm saturația culorilor constantă, să transformăm nuanțele de gri în strălucire a culorii iar mediile spațiale locale ale nivelelor de gri, în fază a culorii.

Există și alte metode de pseudocolorare, de exemplu alocarea pseudoaleatoare de nivele de gri în coordonate R, G, B. Spre exemplu, imagini

monocrome primite din spațiul cosmic, cum ar fi imaginea cometei Haley, pot fi pseudocolorate prin alocarea unor culori diferite diferitelor densități de pe suprafața acesteia. Pentru seturi conținând un număr mai mare de imagini, setul de date se poate reduce la trei, prin diverse metode, după care urmează alocarea celor mai potrivite culori.

Reprezentarea fals-color sau pseudo-color a imaginilor alb-negru constituie o metodă foarte puternică de accentuare a variațiilor mici de contrast. Dacă imaginea inițială este digitizată și memorată cu 256 nivele de luminozitate, se utilizează de obicei regiștri DAC de 8 biți pentru fiecare culoare. Numărul mare de culori diferite obținut îngreunează uneori inteligibilitatea imaginii. De aceea, folosirea unor regiștri DAC de 6 biți care să permită obținerea unui număr de 64 culori diferite, pentru 64 nivele de gri corespunzătoare din imagine este perfect satisfăcătoare.

Culorile din paletă trebuie alese în așa fel, încât tranziția de la o culoare la alta să fie cât mai lină, fără salturi mari din punctul de vedere al percepției vizuale. De asemenea, paleta de culori folosită trebuie să se asemene, pe cât posibil, cu scara de gri-uri, ținând cont de modalitatea de percepție vizuală ce se bazează decisiv pe experiențe anterioare (senzația pe care o dă ochiului imaginea pseudocolorată trebuie să fie apropiată de cea dată de imaginea alb-negru).

Secvențele de culori cele mai des folosite sunt: curcubeul (începând de la roșu închis, trecând prin portocaliu, galben, verde, cian, albastru și violet, toate cu aceeași luminozitate) spirala (pornind de la violet închis, trecând spre roșu, simultan cu creșterea conținutului de alb din culoare) sau variația de temperatură (roșu închis, portocaliu, galben, alb, alb-albastru).

O paletă de culori propusă pentru aplicații de imagistică este prezentată sub forma unui tabel al coeficienților RGB corespunzători nivelelor de gri între 0 și 63 (tabelul 1.1). [8]

Tabelul 1.1

1. 8 Îmbunătățirea imaginilor color

Acest tip de algoritm se referă la îmbunătățirea ponderii culorilor primare și a contrastului culorilor într-o imagine.

Imagine

de intrare

R

G

B

Figura 22. Îmbunătățirea imaginilor color

Dificultățile sunt mult mai mari, având în vedere cantitatea mult mai mare de date și complexitatea mai mare a percepției vizuale a culorilor.

Coordonatele color ale fiecărui pixel sunt transformate independent în alt set de coordonate color, unde imaginea corespunzătoare fiecărei coordonate este îmbunătățită printr-un algoritm propriu (monocrom), ales în mod corespunzător. Coordonatele imaginii îmbunătățite sunt transformate invers în pentru redare.

1.9. Îmbunătățirea imaginilor topografice(fotograme)

Recunoașterea, numărarea și măsurarea formei, mărimii, poziției, densității și a altor proprietăți similare ale unor obiecte dintr-o imagine poate fi făcută cu ajutorul calculatoarelor cu mai multă rapiditate și reproductibilitate decât o poate face un observator uman.

O mare varietate de instrumente produc imagini, adecvate din punctul de vedere a caracteristicilor, pentru achiziția, analiza și măsurarea cu ajutorul calculatorului. Sistemele de prelucrare a fotogramelor sunt folosite pentru a extrage informații specifice din acestea, cu o mai mare acuratețe și reproductibilitate decât o face omul. Procesul de măsurare a imaginilor implică o imensă reducere a volumului de date, prin selectarea din imaginea originală a obiectelor sau caracteristicilor de interes. Această operațiune poartă numele de segmentare.

Imaginea inițială conține milioane de pixeli, dar informația dorită poate fi mult mai simplă: de exemplu, numărul de clădiri dintr-un cartier al unui oraș , mărimea (suprafața, volumul) unor părți din imagine sau, pur și simplu, prezența umana într-o anumita locație. Selecția și reducerea volumului de date prin ignorarea informațiilor nesemnificative constituie esența măsurării și analizei fotogramelor. [11]

1.9.1 Extragerea contururilor în fotograme

Pentru recunoașterea sau măsurarea unor obiecte dintr-o imagine este necesară distingerea lor din vecinătate, adică separarea din imagine a unei regiuni contigue de pixeli care au aceleași proprietăți. Ochiul uman este prevăzut, la nivelul retinei, cu celule specializate, numite celule amacrine, care au rolul de a realiza conexiuni între diferite celule retiniene, în scopul extragerii informațiilor de ordin superior, de exemplu detecția unui contur pe o anumită direcție. Răspunsurile diferitelor celule sunt combinate, unele cu semn pozitiv, altele cu semn negativ și, atunci când un contur de o anumită direcție apare în imagine, celulele produc un semnal semnificativ pentru creier .

O tehnică asemănătoare este folosită în operațiunile spațiale efectuate asupra imaginilor, pentru îmbunătățirea sau pentru extragerea acestora. De exemplu, operatorul matricial laplacian prezentat în relația de mai jos conține coeficienți negativi pentru toți pixelii din vecinătatea celui luat în considerare:

HL =

Pentru extragerea contururilor se pot utiliza diferiți algoritmi. In tabelul 1.2 sunt prezentați câțiva dintre ei, împreună cu valorile coeficienților rezultați din experimente. De obicei, se utilizează combinații ale acestor algoritmi.

Tabelul 1.2

1.9.2 Segmentarea anatomică a fotogramelor

O problemă importantă ce apare în metodele derivative de extragere a contururilor o constituie continuitatea contururilor extrase. Nu avem garanția că punctele corespunzătoare unui contur detectat vor forma o linie continuă, deoarece metodele realizează comparații locale între pixeli. Pentru conectarea între ele a segmentelor discontinue se folosesc diferite metode, inclusiv metode utilizând înțelegerea imaginilor. Acestea din urmă sunt, însă, foarte pretențioase din punctul de vedere al calculului. Imaginile pe care dorim să le măsurăm sunt, de obicei, mai simple ca organizare și, de aceea, vom considera că zonele de contur din imagine pot fi reprezentate cu ajutorul unor curbe de formă adecvată, cazul cel mai simplu fiind cel al segmentelor de dreaptă. Trecerile prin zero corespunzătoare metodei LOG generează obținerea unui contur continuu.

O altă metodă interesantă constă în generarea liniilor de contur care lipsesc. Pentru aceasta este util să considerăm imaginea ca având o înălțime (elevație) proporțională cu strălucirea pixelilor. Se obține în acest fel o hartă de izoelevații, analoagă unei hărți convenționale.Liniile de izoelevație de pe hartă corespund liniilor de contur din imagine. Dacă există două regiuni cu elevații diferite, trebuie să existe o locație de-a lungul liniei de contur la o elevație intermediară. Această linie poate să treacă printre pixeli și atunci ea poate fi localizată prin interpolare sau, pur și simplu, poate fi alocată celui mai apropiat dintre ei.

Pentru închiderea contururilor se poate utiliza și metoda dilatării de regiune: începând de la un pixel din interiorul conturului se examinează fiecare pixel din vecinătatea lui pentru a decide dacă face parte din aceeași regiune. Criteriile folosite în luarea deciziei sunt diferite, dar cel mai des se folosește cel al strălucirii. Dacă diferența între pixelul considerat și vecinul acestuia este sub un anumit prag, pixelul se consideră ca făcând parte din regiunea de interes.

Folosirea segmentării (discriminarea pixelilor după strălucirea lor) pentru selectarea pixelilor ce aparțin anumitor structuri de interes din imagine este o metodă convenabilă de conversie a scării de nivele de gri într-o scară binară.

Selecția prin segmentare este mult mai eficientă decât orice metodă de detecție de contur sau de regiune, deoarece se aplică asupra întregii imagini, iar imaginea binară rezultată este o reprezentare a caracteristicilor de interes pentru fiecare pixel, ceea ce este foarte important pentru majoritatea operațiunilor de măsurare (suprafețe, perimetre, etc) a imaginilor. Asemenea măsurători nu este necesar să fie făcute pe imaginea inițială: se face mai întâi o netezire a imaginii pentru reducerea zgomotului sau pentru nivelarea fondului imaginii. Se poate folosi extragerea de imagini pentru obținerea unor imagini mai relevante decât originalul. [8]

1.10 Metode de secretizare a semnalului video complex [2]

După cum este cunoscut semnalul video complex comportă trei componente principale:

semnalai de sincronizare

semnalul de luminanță

semnalul de crominanță

Dacă la emisie se modifică după o anumită lege una din aceste componente acest lucru duce la pierderea coerenței imaginii In recepție.

In continuare se vor prezenta câteva metode de secretizare a semnalului video complex.

1.10.1 Inversarea impulsurilor de sincronizare

Este o metodă simplă de secretizare, de multe ori fiind prezentată cu scop didactic.

Metoda constă în inversarea tuturor impulsurilor de sincronizare așa cum se arată în figura 23.Oscilatorul local din receptor se va sincroniza fals pe vârfurile de negru din semnalul video complex.

N.S

N.St

N.A

N.St.

N.A

Figura 23. Inversarea impulsurilor de sincronizare

Metoda de decodificare constă în a determina momentele când semnalul video complex are amplitudinea mai mică decât nivelul de alb și a face inversarea semnalului in acel moment, pe o durata de timp egala cu durata impulsului de sincronizare.

1.10.2 Suprapunerea peste semnalul video complex a unui semnal

sinusoidal perturbator.

Metoda constă în suprapunerea la emisie peste semnalul video complex a unui semnal sinusoidal de o anumită frecvență. In acest fel la recepție imaginea își pierde inteligibilitatea.

Metoda de decodificare constă în filtrarea componentei sinusoidale perturbatoare.0 filtrare simpla însă, duce la înrăutățirea performanțelor receptorului.

O metodă superioară constă în extragerea cu ajutorul unui P.L.L. a semnalului sinusoidal perturbator și sumarea acestuia în antifază dar cu nivel corect cu semnalul video complex(figura 24). [2]

Figura 24.Extragerea semnalului video complex din semnalul secretizat

1.10.3 Metoda de secretizare prin deplasarea liniilor

Metoda constă în întârzierea începutului părții active a fiecărei linii. Timpul de întârziere este variabil între sute de nanosecunde și microsecunde și este controlat la emisie și recepție de algoritm.

Decodarea constă în întârzierea tuturor liniilor cu aceeași valoare folosind un algoritm stocat într-o memorie în decoder(figura 25).

intrare ieșire

video video

S.linii

i

Sincronizare cadre

Figura 25.Decoder video

1.10.4 Metoda de secretizare prin secționarea liniilor si rotirea

conținutului acestor secțiuni

Metoda constă în împărțirea liniei în două, trei sau mai multe segmente și interschimbarea informațiilor între aceste segmente. Punctul, sau punctele de secționare a liniei și ordinea de interschimbare sânt făcute pe bază unui algoritm stocat într-o memorie.

In figura 26 se arată schematic principiul secretizării semnalului video

complex prin secționarea liniilor și rotirea conținutului acestor secțiuni.

semnal

nesecretizat

a)

Segmentul 2 Segmentul 1

A B C

semnal

B Segmentul 1 C Segmentul 2 A secretizat

b)

Punctul B separă cele două segmente și se numește punctul de separație. Poziția punctului de separație variază aleator de la o linie la alta și de la un câmp la altul. [2]

Schema bloc a unității de secretizare/desecretizare este prezentată în figura 27.

Figura 27.Unitate de secretizare – desecretizare a semnalului video complex

Semnalul video este convertit în forma numerică pentru a fi ulterior preluat folosind tehnicile digitale. In continuare are loc operația de amestec a semnalului numeric corespunzător semnalului video cu semnalul de date care poartă informația referitoare la punctele de secționare din fiecare linie. Acest semnal de date se transmite pe durata liniilor nefolosite de pe întoarcerea câmpurilor care precede câmpul ce urmează a fi secretizat.

Semnalul numeric corespunzător semnalului video este apoi prelucrat digital pentru a obține rotirea corespunzătoare a segmentelor de linie. Urmează o conversie digital analogică și o modulație funcție de mediul de transmisie folosit.

La partea de decodare semnalul este transformat din nou în formă numerică, se extrage informația despre punctele de secționare ale liniilor din câmpul care urmează, reface ordinea normală a segmentelor în cadrul fiecărei linii și semnalul rezultat se aplică unui convertor digital/analog de unde se aplică receptorului de televiziune.

Localizarea punctelor de secționare a liniilor este stabilită în coder și trebuie transmisă și la decoder pentru refacerea corectă a imaginii. Transmiterea informației asupra poziției acestor puncte se face pe durata intervalului de stingere câmpuri, în formă secretizată.

Dacă de exemplu, pe durata unei linii fixăm 256 puncte posibile de secționare aceasta înseamnă că printr-un cuvânt de 8 biți putem preciza poziția oricărui punct. Va trebui deci să transmitem un cuvânt de 8 biți pentru fiecare linie ceea ce ar echivala cu un canal de date de aproximativ 120 Kbiți/s, deci o rată destul de înaltă.

De aceea atât la emisie cît și la recepție se folosesc generatoare de succesiuni pseudoaleatoare pentru a genera aceste cuvinte de 8 biți.. Deci în loc să se transmită cuvinte de 8 biți pentru fiecare linie pentru a stabili poziția punctelor de secțiune a liniei se transmite doar informația asupra algoritmului pe baza căruia generatorul de auccesiuni psudoaleatoare va genera cuvintele respective…[2]

CAPITOLUL 2

Dispozitive de captare a imaginilor și principii folosite la modelarea camerelor video cu destinație speciala

2.1 Caracteristicile dispozitivelor videocaptoare

2.1.1 Rezoluția

Una dintre cele mai importante caracteristici ale dispozitivelor videocaptoare integrate este rezoluția spațială.

Datorită structurii discrete, atât pe direcția orizontală, cît și verticală, teorema eșantionării, a lui Nyquist, stabilește că frecvența spațială cea mai înaltă care poate fi rezolvată este egală cu jumătatea frecvenței de eșantionare, dată de periodicitatea locurilor de integrare. Dacă pe dispozitivul videocaptor sînt proiectate imagini cu frecvențe spațiale superioare frecvenței Nyquist limită, acele frecvențe vor fi afectate de fenomenul Moire.

Rezoluția este de asemenea afectată și de sensibilitatea profilului gropii de potențial. O groapă de potențial cu o dimensiune
infinit mică nu ar produce nici o degradare a funcției de transfer,
dar ar fi lipsită de orice interes practic datorită lipsei sale de sensibilitate, în practică, suprafața sensibilă individuală se poate aproxima ca o funcție dreptunghiulară sau trapezoidală, ceea ce va corespunde unor factori de forma în funcția de transfer, unde X = πLcfs , fs fiind frecvența spațială a imaginii, iar Lc dimensiunea celulei. Pentru celule dreptunghiulare, aranjate latură lângă latură, funcția de transfer la limita Nyquist se reduce cu 64%.Pentru anumite dispozitive, rezoluția este afectată într-o mare măsură și de modul de organizare a citirii. Astfel pentru un dispozitiv organizat pe principiul transferului între linii, registrele de memorie vor fi protejate de lumina incidentă, așa că dimensiunea efectivă pe orizontală a unei celule sensibile este doar de 5O% din distanța de la centru la centru a două celule.

Într-o asemenea situație curba de transfer pe orizontală va fi mai ridicată și atinge valoarea de 90% din valoarea de joasă frecvență, pe când pe verticală este doar de 64%.

In afară de acești factori tehnologici care conduc la degradarea curbei de transfer de modulație a dispozitivului, mai există și alți factori care produc o degradare deliberată. Astfel, datorită faptului că nu se poate face o tăiere abruptă în caracteristica de transfer la valori superioare frecvenței Nyquist, în scopul reducerii fenomenelor Moire și altora, o parte din banda utilă se va sacrifica în operația de filtraj. Astfel, proiectantul trebuie să aibă în vedere un compromis optim între efectele parazite și cele de acuitate ale imaginii, dar din păcate actualmente nu există baze teoretice adecvate pentru găsirea acestui compromis. De exemplu, în situația în care imaginea este destinată în final unui telespectator, este de preferat o imagine cu o rezoluție mai scăzută, dar fără elemente parazite, și aceasta cu atât mai mult ca in prezent domina televiziunea in culori. Pe de altă parte, în multe aplicații militare sau industriale, scopul principal este de a prezenta unui observator antrenat cît mai multe elemente de informație posibil, deoarece imaginile Moire îi vor permite să găsească elemente utile dincolo de frecvența Nyquist. Alte surse de degradare a rezoluției sânt:

a — purtătorii produși în afara zonei de golire a unei gropi de potențial și care vor difuza liber în volum ;

b — ineficienta transferului care poate provoca pierderi suplimentare de rezoluție pe verticală și pe orizontală, în funcție de numărul de transferuri ale pachetelor de sarcină în direcția respectivă.

Definirea degradării maxim permisibile a curbei de transfer de modulație va permite precizarea randamentului de transfer pentru un dispozitiv cu o dimensiune dată. se poate folosi o sarcină polarizată în scopul obținerii unui randament de transfer destul de bun, pentru citirea matricilor de dimensiuni mari la nivele reduse de lumină și pentru a înlătura astfel pierderea unei cantități fixe de sarcină în procesul de transfer.

Această sarcină de polarizare este introdusă electric la capătul superior al registrelor verticale și va trebui să aibă o uniformitate foarte. ridicată și să fie lipsită de zgomot, fiindcă orice fluctuație va apărea suprapusă peste semnalul video.

Această sarcină va putea fi introdusă de asemenea cu ajutorul unui fond de iluminare uniform.

In analiza unei funcții de transfer de modulație specifice unui sistem de televiziune, intervine de asemenea obiectivul și dispozitivul de vizualizare. Astfel, caracteristic afișării discrete a liniilor, va apărea o pierdere de rezoluție suplimentară pe verticală, cunoscută sub numele de factorul Kell. Pe de altă parte și lărgimea de bandă a lanțului de prelucrare va afecta rezoluția pe orizontală. [5]

2.1.2. Blumingul

Fenomenul se definește drept creșterea aparentă a dimensiunilor unui obiect strălucitor în condiții de iluminare mare. La dispozitivele videocaptoare, întocmai ca și la vidicoane, excesul de purtători generați într-o zonă puternic iluminată, difuzează în volum la gropile de potențial vecine, producând o mărire a suprafeței de alb ce va fi afișată. In plus, la dispozitivele cu transfer de sarcină, aceasta din urmă se va răspândi ca direcție preferențială de-a lungul canalelor de transfer făcând să apară fâșii albe în imaginea vizualizată, fâșii care sînt mai supărătoare decât blumingul circular. Pentru a înlătura procesul de propagare în exces a sarcinii de la o groapă de potențial la alta, de-a lungul canalelor dispozitivului, suprafața de siliciu de sub electrozii neintegratori va fi polarizată în regim de acumulare. Aceasta forțează sarcina în exces să fie împrăștiată în substrat, unde va produce un bluming circular. Prin metode speciale se poate obține o suprimare totală a acestui fenomen.

2.1.3. Randamentul cuantic și sensibilitatea spectrală

In principiu sensibilitatea spectrală a unui dispozitiv video-captor depinde de proprietățile optoelectronice ale semiconductorului. Dispozitivele videocaptoare integrate pot avea un randament cuantic foarte ridicat când sînt iluminate din spate. Când luminarea are loc din față, ținând cont de structura foarte complicată a electrozilor, se poate pierde o parte importantă din fotonii incidenți prin reflexie și absorbție. In cazul electrozilor opaci, separați între ei prin suprafețe transparente, reducerea de sensibilitate se poate calcula ca raportul dintre suprafața electrodului și suprafața totală a celulei. în cazul electrozilor semitransparenți pierderea de sensibilitate rezultă atât din absorbție, cit și din diferitele reflexii la diferite zone de separare, care produc interferențe în funcție de lungimea de undă.

Corespunzător, curba de transmisie spectrală și deci răspunsul dispozitivului, sînt dependente de lungimea de undă și prezintă anumite maxime și minime de-a lungul spectrului vizibil.

Deoarece curba răspunsului spectral depinde în mod esențial de grosimea, diferitelor nivele din structura electrozilor ea poate varia considerabil de la un lot la altul. Dispozitivele videocaptoare cu injecție de sarcină apărute mai recent au demonstrat posibilitatea unui răspuns spectral mai uniform și a unui randament cuantic în jur de 80%.

Organizarea citirii poate influența de asemenea randamentul cuantic. De exemplu, în dispozitivele cu transfer pe verticală inter-linii, registrele de transfer sînt ecranate contra luminii pentru a preîntâmpina obținerea unei imagini mânjite.

2.1.4. Captarea imaginii la nivele de lumină scăzute

Datorită capacității lor foarte mici la ieșire, dispozitivele videocaptoare integrate permit obținerea unui raport semnal/zgomot mai bun decât videocaptroanele și din această cauză vor deveni competitive cu acestea din urmă în ceea ce privește captarea imaginilor la nivel scăzut de lumină. La captarea imaginilor la nivel de lumină redus, raportul semnal /zgomot și nivelul de lumină sînt strâns legate unul de altul. Pe măsură ce raportul semnal/zgomot scade sub o anumită valoare, răspunsul unui singur element individual începe să-și piardă din semnificație și trebuie realizată o mediere pe câteva elemente pentru a putea obține o informație utilă, în acest caz sensibilitatea dispozitivului, exprimată prin rezoluția sa, funcție de iradiantă, nu depinde numai de sensibilitatea sa spectrală ci și de dimensiunea celulei, de randamentul transferului și de diferite surse de zgomot.

Termenul de zgomot Z , care determină în esență posibilitățile sistemului la nivele de lumină scăzute ale unui dispozitiv, este constituit din mai multe componente. Limita absolută este dată de zgomotul de alice al fotonilor incidenți. în dispozitivele nerăcite, la nivel scăzut de lumină, zgomotul de alice al curentului de obscuritate este componenta predominantă a zgomotului.

Alte componente sînt zgomotul de injecție al sarcinii de polarizare și zgomotul fotonic. Folosirea dispozitivelor de volum conduce la eliminarea sarcinii de polarizare și deci a zgomotului de injecție asociat. [5]

2.1.5 Iluminarea din spate

Iluminarea din spate a dispozitivelor videocaptoare se folosește pentru îmbunătățirea randamentului cuantic, ca și pentru înlăturarea fluctuațiilor din curba de sensibilitate spectrală, care sînt inerente iluminării frontale, așa cum s-a arătat la capitolul despre randamentul cuantic. în plus, o asemenea metodă de iluminare permite alegerea unor materiale pentru electrozii de transfer, opace și de înaltă conductivitate. Totuși, deoarece majoritatea luminii vizibile este absorbită în primii 4 μm de siliciu, iar purtătorii trebuie să difuzeze în gropile de potențial de pe partea frontală a substratului, iluminarea din spate cere ca dispozitivele să fie subțiate la mai puțin decât dimensiunea unei celule de rezoluție, pentru a nu sacrifica rezoluția spațială, datorită difuziei laterale a purtătorilor de sarcină fotogenerați. De asemenea, partea din spate trebuie menținută în regim de acumulare pentru a minimiza recombinarea purtătorilor și i se va adăuga un strat antireflectorizant pentru îmbunătățirea transmisiei optice.

Rezultatele preliminare obținute cu asemenea dispozitive au permis obținerea unei curbe foarte uniforme de sensibilitate spectrală.

O asemenea iluminare este deja folosită la majoritatea dispozitivelor, cu excepția celor cu citire prin transfer interlinii, unde datorită rezoluției mari impuse structurii celulelor și ecranărilor îngrijite pentru canalele de transfer din necesitatea înlăturării difuziei purtătorilor, direct în registrele de transfer, iluminarea se face altfel.

2.2 Videocaptoare pentru nivele scazute de lumina

2.2.1 Generalitați

Ca si in cazul televiziunii la nivele de lumina normale, televiziunea la nivel scăzut de lumină a început să-și găsească aplicații în cele mai diverse domenii ale activității umane, ca medicina și astronomia, cercetarea submarină și industria și nu în ultimul rând, în domeniul militar.

De la început se pune întrebarea care sînt limitele televiziunii la nivele de lumină scăzute. Acestea sînt determinate practic exclusiv de sistemele optice și metodele utilizate la convertirea imaginii optice în semnal de televiziune. Transmisia și prezentarea informației pot urma calea clasică. Limitările primordiale sînt impuse de numărul de cuante utilizabile, de restricțiile impuse la proiectarea sistemului optic de intrare și de sensibilitate fotocatodului primar la radiația cu lungimea de undă în cauză. Limitările secundare sînt cele legate de restul sistemului, unde se impune un compromis între calitatea imaginii ,sensibilitate, cost și gabarit.

Problemele televiziunii la nivel scăzut de lumină tind să se dividă în două clase. Prima este reprezentată de problemele în care apertura relativă este limitată de sistemul optic la o anumita valoare . Acest lucru înseamnă la rândul său realizarea de fotocatozi cît mai mari pentru a da un câmp de vedere rezonabil. în al doilea rând se constituie problemele izvorâte din necesitățile practice ale profunzimii de focalizare sau alte limitări care vor impune o limită superioară pentru diametrii obiectivelor. Este deci uneori preferabil să se folosească un obiectiv cu distanța focală mai mare și o apertura relativă mai modestă, deoarece poate oferi o imagine de calitate mai bună, fiind în același timp mai simplu. Dar cum de obicei datele sistemului optic sînt deja stabilite, utilizatorul este pus în fața situației de a obține maximum de informație de la o emisie limitată de electroni, de la un fotocatod cu o suprafață limitată.

2.2.2 Limitări primordiale

La nivele foarte scăzute de lumină, vizibilitatea obiectelor este inevitabil legată de natura cuantică a luminii, limitare ce este accentuată și de faptul că nu este posibil să se detecteze suta la suta din cuantele de lumină incidente. Din cauza naturii fotonice a luminii vom asista la o fluctuație inerentă a informației recepționate de senzorul optoelectronic și aceasta va fi transmisă fidel la vizualizor și deci ochiului. Pentru dispozitivele optoelectronice reale elementele din sistem introduc perturbații datorite celor mai variate cauze. Câteva dintre acestea apar în figura 2.1.

In plus, elementele din sistem pot reduce amplitudinea frecvențelor spațiale mai înalte ale imaginii. Pentru ca informația să fie transmisă în mod fiabil la observator, se impune capacitatea de a percepe variațiile spațiale la ieșirea vizualizorului. Variațiile de strălucire ale unor suprafețe adiacente trebuie detectate, iar randamentul cu care se desfășoară acest proces este determinat de raportul semnal/zgomot prezentat ochiului. Raportul semnal/zgomot al semnalului afișat va include toate sursele perturbatoare ale sistemului optoelectronic raportate la senzorul de intrare.

a) Ochi

lumina

zgomot

fotonic

b) Ochi

lumina

zgomot

fotonic

Figura 2.1 Scheme bloc ale unor videoprocesori optoelectronici

a-cazul ideal,b-cazul real

Scopul general la dispozitivele videocaptoare pentru nivel de lumină scazut este de a mări raportul semnal/zgomot prin proiectarea dispozitivelor si a funcționării acestora de o asemenea maniera încât numărul total de electroni să fie cât mai mare, curenții de zgomot sa fie neglijabili iar efectul degradării sa fie minimizat.

2.2.3 Videocaptroane generatoare de semnal

Deși au apărut o mare varietate de tuburi generatoare de semnal, doar un număr redus și-au găsit aplicații în televiziunea la nivel scăzut de lumină. Modelul generalizat al tuburilor generatoare de semnal este prezentat în figura 2.2.

Figura 2.2 Schema unui videocaptron generator de semnal.

Toate aceste tuburi funcționează pe principiul excitației electronice a unei ținte de memorare a sarcinii. Fotoelectronii de la fotocatod sînt accelerați spre ținta de memorare unde sînt integrați și memorați proporțional cu fluxul de fotoni incident și în funcție de tipul de fotocatod folosit. Timpul de integrare este determinat de natura aplicației.

Semnalele electrice corespunzătoare acestor sarcini memorate sunt obținute prin neutralizarea lor cu ajutorul fasciculului de baleiaj. Acesta convertește relieful de sarcini în curenți variabili în timp pentru a fi transmiși ulterior la recepție pentru afișare sau unui echipament de prelucrare a datelor.

2.3 Intensificatori de imagine

2.3.1. Generalități

Intensificatorii de imagine sînt dispozitive optoelectronice care au fost concepute pentru a permite omului să vadă și să lucreze efectiv la nivele de lumină cît se poate de reduse. Deși nu au fost proiectate pentru a lucra în întuneric total, ci de a obține imagini utilizabile în condiții de iluminare minimă, de exemplu în condițiile unei nopți de iarnă fără lună, cu cerul acoperit, în ultimii ani dispozitivele videocaptoare au ajuns la un asemenea grad de dezvoltare, încât percepția imaginii este limitată doar de fluctuațiile statistice din fluxul fotonic incident pe sistemul optic de intrare. Intr-un intensificator imaginea unei scene captate este intensificată optoelectronic și vizualizat direct pe un ecran luminescent. Imaginea inițială este focalizată spre fața de intrare a unui fotocatod transparent. Acesta emite apoi o „imagine" corespunzătoare de fotoelectroni ce sînt accelerați spre ecran. Pentru fiecare foton specific scenei apar pe ecran câteva zeci, iar imaginea finală va fi mult intensificată. Există două categorii principale de intensificatori :

a.Convertori activi de imagine

Aceștia se numesc activi, deoarece presupun iluminarea prealabilă a scenei, de exemplu, prin radiație infraroșie. Dispozitivul convertește apoi radiația infraroșie reflectată într-o imagine intensificată, ce poate fi vizualizată în mod direct.

b.Intensificatori pasivi de imagine

Aceștia intensifică radiația vizibilă și pe cea din infraroșul apropiat. Ei sînt „pasivi" în sensul că lucrează la nivele de lumină proprii scenei, fără o iluminare suplimentară. Acești intensificați permit o vedere clară, în condiții de întuneric aproape total.

Utilizarea intensificatorilor de imagine în sistemele de vizualizare în timpul nopții pentru aplicații militare în special, ca și pentru alte scopuri cu caracter economic este în mod hotărât o evidență. Aceștia mai pot fi folosiți pentru vizualizarea ecranelor fluorescente excitate la nivele foarte scăzute, cu raze X sau cu electroni. Totodată își mai găsesc aplicații în ameliorarea performanțelor telescoapelor astronomice. Mai amintim de asemenea utilizarea lor la sistemele de control din navigația maritimă, traficul rutier, caracterizate prin excelență de condiții vitrege de iluminare, în continuare, în cazul când este necesar ca operatorul să se găsească la o anumită distanță, intensificatorul poate fi cuplat optic la o cameră TV. O asemenea configurație permite supravegherea în medii mai mult sau mai puțin neprielnice, ori dă posibilitatea mai multor observatori să vadă concomitent o scenă, sau invers, unui singur operator să supravegheze mai mulți monitori. [4]

2.3.2 Caracteristicile intensificatorilor de imagine

Sensibilitatea fotocatodului. Proprietățile fotocatodului sînt descrise în termeni de răspuns spectral și sensibilitate. Sensibilitatea poate fi exprimată în două feluri : sensibilitate luminoasă (μA/lm) și sensibilitate radiantă la o lungime de undă dată (mA/W). Sensibilitatea luminoasă se măsoară cu fotometrul și o sursă de lumină cu filament de wolfram la 2856 K. Pentru a putea măsura sensibilitatea radiantă, sursa de lumină va fi filtrată pentru a da lungimi de undă cuprinse între 800 și 850 nm. Aplicațiile de vizualizare pasivă pe timp de noapte necesită fotocatozi cu sensibilități radiante și luminoase ridicate. Astfel, s-au fabricat fotocatoade ce oferă un răspuns excelent la iluminarea produsa de cerul nopții(Tabelul 2.1)

Tabelul 2.1 Domeniul de variatie a iluminantei unei scene

Iluminanța maximă a fotocatodului. Iluminanța maximă a fotocatodului este dată în caracteristicile publicate ale fiecărui tub în parte și se referă la o iluminanța continuă și uniformă. Toți intensificatorii vor tolera impulsuri intermitente de iluminanța pe catod cu valori mult mai mari decât valoarea maximă nominală.

Majoritatea intensificatorilor încorporează dispozitive de reglaj automat al amplificării sau de reglaj automat al strălucirii. Acestea reduc iluminanța ecranului, dar nu reduc curentul fotocatodului. Pe cît posibil, iluminanța fotocatodului va trebui să fie în limitele recomandate de lucru.

Luminanța medie a curentului. Aceasta este intensitatea luminoasă (cd) a ecranului, raportată la o suprafață dată (m2). Ea este dată doar pentru intensificatorii cu surse de alimentare integrale și este funcție de proprietățile sursei de alimentare.

Raportul de luminanța al ecranului. Acesta este raportul dintre luminanța din centrul ecranului și luminanța medie în orice punct de pe un cerc concentric dat.

Emitanța ecranului. In majoritatea aplicațiilor intensificatorilor de imagine, ecranul este vizualizat direct, și prin urmare, emisivitatea spectrală a luminoforului trebuie să se adapteze cît mai bine la răspunsul spectral al ochiului.

Câștigul. Câștigul unui intensificator poate fi definit ca :

C = π L0 / Ei

unde Lo este luminanța (cd/m2) într-o direcție normală la ecran, măsurată cu un fotometru compensat în raport cu ochiul iar Ei este iluminanța uniformă (lx) incidență pe întreaga suprafață a fotocatodului. Iluminanța este produsă de o sursă de iluminare cu filament de wolfram la 2 856 K. Câștigul este un număr fără dimensiuni. El poate fi exprimat, de asemenea, ca raportul dintre iluminanța de ieșire și iluminanța de intrare, adică în nit/lux. Valoarea rezultată este de π ori mai mică decât valoarea anterioară.

Grosismentul (mărirea). Majoritatea intensificatorii de imagine sînt focalizați electrostatic. Proiectarea opticii electronice determină parametrii, cum ar fi : grosismentul, distorsiunile, alinierea imaginii, rezoluția și câștigul. La tuburile inversoare, lentilele electronice introduc unele distorsiuni în imagine. Aceasta se datorează variației de grosisment, de-a lungul diametrului tubului și se traduce ca distorsiuni pernă.

Grosismentul se măsoară normal în două puncte. Grosismentul la centru se află prin măsurarea pe ecran a diametrului ØS , al unui cerc concentric cu diametrul de Ød (mult mai mic în comparație cu diametrul total al fotocatodului)

Alinierea imaginii. Axele optice și geometrice ale intensificatorului pot să nu coincidă. Pentru a realiza această coincidență este necesară alinierea. Ea reprezintă distanța de pe ecran dintre axa geometrică și imaginea unui punct din centrul geometric al fotocatodului.

Zgomotul de fond. Zgomotul este exprimat ca iluminanța de fond echivalentă. Acest lucru reprezintă iluminanța de intrare necesară pentru a da o creștere în strălucire a ecranului, echivalentă cu strălucirea fondului.

Având aplicată tensiunea de alimentare și nici un fel de lumină incidență pe fotocatod, ecranul va avea o strălucire de fond finită ce se poate datora următoarelor cauze :

Emisia termoionică a fotocatodului, aceasta depinzând de temperatura catodului.

Scintilații electronice. Acestea sînt de obicei observate nu mai în tuburi cu câștig foarte ridicat, de către un observator adaptat la întuneric, dotat cu un dispozitiv de mărire, în condițiile în care fotocatodul nu este deloc iluminat. Scintilațiile apar ca mici spoturi strălucitoare, a căror strălucire și poziție variază în timp și sunt cauzate de electroni individuali emiși de fotocatod. Spoturile se prezintă ca un câmp de scintilație uniformă, pe întreaga suprafață a ecranului și sunt prea numeroase pentru a fi numărate.

Scintilații ionice. Ele reprezintă spoturi foarte strălucitoare de intensitate și poziție variabilă în timp, dar care nu pot fi văzute decât în apropierea centrului ecranului. Ele apar mai mari decât scintilațiile electronice și sînt produse de emisia câtorva electroni de către fotocatod, ca rezultat al impactului unui ion. Densitatea scintilațiilor ionice este de obicei mai mică decât a scintilațiilor electronice. Spoturile ionice sînt cel mai bine observate iluminând puțin fotocatodul cu o lumină incidență, în afara zonei centrale. Spoturile sînt atunci vizibile în contrast cu un fond întunecat.

Fosforescența pe termen lung a ecranului. Aceasta poate rezulta din lucrul anterior al tubului sau din expunerea prealabilă a ecranului la nivele de lumină ridicate cu o iluminare a cărei distribuție spectrală poate excita luminoforul. Este recomandabil deci, ca tuburile de imagine să fie depozitate în întuneric.

Timpul de recuperare. Intensificatorii de imagine în cascadă cu oscilator integral și intensificatorii de imagine cu placă microcanal sînt proiectați să se regenereze rapid după schimbări bruște de iluminanță.

Timpul de recuperare indicat în catalog reprezintă timpul necesar pentru ca o imagine utilă să fie restabilită pe ecran, după ce iluminanță s-a schimbat de la valoarea maximă nominală la zero și invers.

Rezoluția și funcția de transfer de modulație. O caracteristică importantă a oricărui dispozitiv videocaptor, așa cum s-a mai arătat este calitatea sa de a prezenta informații fără a degrada imaginea. Rezoluția, cît și funcția de transfer de modulație indică gradul de degradare al imaginii. Tuburile intensificatoare de imagine lucrează in combinație cu componente optice, cum ar fi obiectivul, pentru a forma un sistem complet. Din aceste motive calitatea imaginii poate fi descrisă în analogie cu sistemele optice. în ultimii ani funcția de transfer de modulație a fost privită ca unul din modurile cele mai importante de descriere a calității unei imagini.

Dacă un model de bare a căror intensitate variază sinusoidal este proiectat spre intrarea unui sistem optic care satisface condițiile transformatei Fourier (adică un sistem în care lumina la ieșire este linear raportată la lumina de la intrare și cu proprietăți ce nu variază de la punct la punct) imaginea la ieșire va fi de asemenea un model de bare a căror intensitate variază sinusoidal, dar cu un contrast (modulație) mai scăzut. Curba de transfer de modulație indică modul în care raportul de modulație variază odată cu schimbările frecvenței spațiale.

Majoritatea tehnicilor de măsurare a acestei relații se bazează pe una dintre cele două metode de bază.

Prima constă evident în proiectarea unui model sinusoidal conținând un anumit număr de bare, de modulație cunoscută, pe fotocatodul de intrare și apoi în măsurarea pe ecranul de ieșire a modulației.

A doua metodă se bazează pe utilizarea unui obiect la intrare care să conțină toate frecvențele spațiale ce interesează .Un astfel de obiect este un mic spot, sau mai uzual o linie îngustă. Distribuția de intensitate (numită uneori și funcția de împrăștiere) din imaginea de la ieșire va fi măsurată, iar funcția de transfer de modulație se va calcula prin transformata Fourier.

Prima dintre metode, deși aparent simplă, poate fi foarte laborioasă, dacă trebuie să se facă măsurări separate, pentru un mare număr de frecvențe spațiale. Modelele sinusoidale de bare sînt de asemenea, dificil de produs, deși pot fi folosite și modele de bare dreptunghiulare, în care funcția de transfer caracteristică poate fi convertită într-o funcție de transfer sinusoidală. A doua metodă permite contrastului să fie măsurat la toate frecvențele spațiale, dar implică folosirea calculatorului pentru obținerea curbei de transfer. [6]

2.3.3 Facilitați de folosire a intensificatorilor de imagine

fiabilitatea și folosirea în teren verificată timp îndelungat.

gama buna de posibilitați la nivele de lumina scăzute.

gama buna de posibilitați raportată la prețul de cost/unitate.

Lumina de la obiect este focalizată pe intrarea tubului prin intermediul sistemului optic și transmisă prin fereastra de fibre optice spre fotocatodul multialcalin.

pentru un cîștig cât mai mare se va folosi cuplarea in cascadă a mai multor intensificatori de imagine.

Posibilitatea de folosire a mai multor nivele de amplificare.

2.4 Dispozitive videocaptoare in infraroșu

2.4.1. Considerații generale

Actualmente se fac eforturi considerabile în domeniul perfecționării dispozitivelor cu transfer de sarcină cu răspuns spectral extins în infraroșul îndepărtat. Asemenea dispozitive își găsesc aplicații în recunoașterea ecologică și strategică, în supravegherea pe pământ și în aer, în industrie și medicină. Există patru regiuni de lungimi de undă în infraroșu care pot fi utilizate. Acestea includ infraroșul apropiat(cu lungimi de undă în jur de 1 micrometru ) precum și celelalte ferestre de la 2 la 2,5 μm, 3,5 la 4,2 μm și 8 până la 18 μm, celelalte zone ale infraroșului fiind nefolosite datorită absorbției atmosferice foarte intense. Captarea imaginilor în aceste regiuni se poate face atît cu ajutorul iluminării active, cît 'și cu ajutorul celei reflectate de mediul ambiant. Cu toate acestea, dezavantajul major este faptul că aici contrastul imaginilor este foarte scăzut, în special în zona de la 8 la 12 micrometri, unde se concentrează majoritatea energiei termice. Datorită faptului că acest contrast este doar de 1%/grad,se impun cerințe de uniformitate deosebit de stringente dispozitivelor videocaptoare, ce pot fi realizate doar cu tehnologii cu totul speciale.

Există două metode de a construi dispozitive videocaptoare integrate în infraroșu, respectiv structuri monolitice și hibride.

In metoda hibridă, se folosește un circuit cu transfer de sarcină, din siliciu, la citirea matricei de detectori în infraroșu realizați dintr-un material diferit, spre deosebire de dispozitivele monolitice fabricate pe același substrat, cu răspuns în infraroșu. Pentru obținerea unei uniformități foarte bune au fost elaborate o serie întreagă de tehnici, printre care cele mai folosite sînt cele de scădere a semnalului de fond, astfel ca în canalele de transfer ale sarcinii să rămână numai partea modulată a semnalului.

De exemplu, o cantitate mai mare de valoare fixă din sarcina totală este reținută în prima groapă de potențial, în timp ce unei mici cantități de sarcină în exces, care constituie semnalul util, i se permite să ajungă într-o a doua groapă de potențial.

O altă soluție posibilă ar fi folosirea unui obturator în fața dispozitivului și folosirea acestuia ca referință de radiație de fond în fiecare al doilea cadru. Fondul de radiație integrat este apoi scăzut fie prin redirijarea semnalului prin același dispozitiv, sau prin prelucrare într-un dispozitiv special, anulând astfel neuniformitățile spațiale din sensibilitatea spectrală, sau curenții de scurgere ai dispozitivului. O altă metodă de soluționare a problemei neuniformității, utilă în special în infraroșul apropiat, unde radiația de fond nu este destul de puternică pentru o anulare completă, este de a folosi contribuțiile de la mai multe celule de sesizare individuale pentru a produce semnalul video specific unui punct din scenă. Pentru un dispozitiv linear aceasta se poate realiza prin baleiajul mecanic al dispozitivului în direcția canalului de transfer și o sincronizare corespunzătoare vitezei de transfer a sarcinii.

Pentru exemplificare și o mai clară înțelegere a importanței fondului de radiație trebuie spus că recunoașterea unui obiect de 300,1 K între scenă cu o temperatură de 300,0 K constituie o cerință obișnuită.

In acest caz, semnalul este diferența dintre numărul de fotoni proveniți de la obiectul mai cald și numărul celor sosiți dintr-un unghi solid egal, al fondului, deci semnalul util este de 1% din fond. Prin urmare, dacă celulele componente variază în neuniformitate doar cu câteva procente, semnalul util se va pierde în zgomotul caracteristic acestei neuniformități. [6]

2.4.2 Dispozitive videocaptoare in infraroșu monolitice

In tehnologia producerii monolitice a dispozitivelor videocaptoare în infraroșu, canalul de citire și elementele sensibile în infraroșu se formează în același substrat.

2.4.2.1 Dispozitive fotoemisive cu bariera Schottky

Un dispozitiv cu barieră Schottky simplu se constituie prin evaporarea unui metal pe o plăcuță semiconductoare printr-un orificiu izolator. El are caracteristici electrice similare cu acelea ale unei joncțiuni pn. Înălțimea barierei depinde numai de alegerea metalului și polaritatea semiconductorului. Valoarea sa este independentă de doparea semiconductorului, dispozitivul putând acționa ca un fotodetector prin absorbția luminii, fie prin semiconductor, fie prin metal.

In ultimul caz, purtătorii de sarcină sînt fotoexcitați deasupra barierei de la metal la semiconductori unde ei devin purtători majoritari. Acești purtători au energie suficientă pentru a traversa bariera de energie internă Ψ a diodei Schottky, și a ajunge în semiconductor, unde se prăbușesc în regiunea de golire. Lumina detectată prin acest proces poate fi incidență fie prin metal, fie prin semiconductor. In cazul de incidență pe semiconductor, absorbția va avea loc în zona de separare, indiferent de grosimea metalului, însă un strat de metal mai gros va asigura o mai bună uniformitate. Acesta este motivul pentru care matricile cu detectori cu barieră Schottky, în comparație cu alte tipuri, au un răspuns mult mai uniform.

Unul dintre metalele frecvent folosite în acest scop este paladiul care reacționează chimic cu siliciul, dând compuși cu proprietăți metalice. Detectorii cu barieră Schottky oferă deja avantajul unei bune uniformități pentru imaginile termice. Acest avantaj se poate pierde dacă registrele de transfer a sarcinii introduc neuniformități. Sursele de neuniformitate pot avea legătură strânsă cu procesul de dopare, cu grosimea oxidului sau cu procesul fotolitografic.

O variație în procesul de dopare poate să nu aibă un efect semnificativ asupra sensibilității spectrale a detectorului cu barieră Schottky, dar poate influența valoarea capacității detectorului. Variația grosimii oxidului poate produce variații ale potențialului de suprafață sub porțile de transfer și deci vom asista la o variație a nivelului la care se stabilesc detectorii.

2.4.2.2 Dispozitive cu semiconductori dopați extrinsec

O altă modalitate de a realiza videocaptori sensibili în infraroșu este doparea substraturilor de siliciu cu impurități corespunzătoare ca fosfor, galiu sau indiu. Temperatura de lucru a acestor dispozitive se alege destul de scăzută, astfel încât aceste impurități sînt „înghețate" și ionizate de radiația infraroșie. Sarcina fotogenerată alimentează zona de memorie care este prevăzută cu diode antibluming. Dispozitivul este prevăzut de asemenea și cu un circuit de scădere a semnalului de fond, astfel încât-registrul de transfer al sarcinii nu manipulează decât semnal util.

2.4.3 Dispozitive videocaptoare in infraroșu hibride

2.4.3.1 Injecția directă

La realizarea videocaptorilor sensibili în infraroșu prin metoda hibridă, matricile de fotodetectori sensibili în infraroșu sînt interfațate cu circuite cu transfer de sarcină din siliciu care realizează citirea semnalului. Intr-o primă analiză, sarcina generată în infraroșu de către matricea de detectori se injectează direct în dispozitivele cu transfer de sarcină prin diodele de intrare și eleetrozii-poartă convenabili. Citirea semnalului produce polarizarea automată a diodelor detectoare pentru următoarea perioadă de integrare.

2.4.3.2Injectia indirectă

O altă metodă utilizează răspunsul senzorului în infraroșu la controlul cantității de sarcină injectată în canalul de citire al unui dispozitiv cu transfer de sarcină. O metodă hibridă propusă de Steckl folosește straturi fotoconductive alături de dispozitive cu transfer de sarcină. Fotoconductorul care este poarta unui TEC MOS controlează curgerea sarcinii în dispozitiv și este plasat într-un divizor de tensiune. Curgerea sarcinii este controlată de iluminare. Răcirea care este necesară când se folosesc ținte fotoconductive, se poate omite dacă se folosesc ținte bolometrice. Avantajele potențiale ce pot rezulta din înlăturarea răcirii țintelor vor conduce la stimularea eforturilor în această direcție, deși trebuie depășite probleme deosebit de complexe, dacă se dorește să se ajungă la rezoluții termice de 0,1 °C. Sensibilitatea detectorilor piroelectrici este considerabil mai scăzută față de cea a detectorilor cuantici, în infraroșu, ceea ce reprezintă un dezavantaj major. La ora actuală nu se poate încă afirma, care dintre metodele de organizare ale matricilor videocaptoare în infraroșu este mai avantajoasă.

2.5 Domenii de intrebuiunțare a termoviziunii

2.5.1 Termoviziunea in medicina

Cu aparatură de televiziune în infraroșu, de bună calitate, se pot realiza termoimagini ale corpului omenesc cu o precizie foarte ridicată (0;2°C). Un domeniu important al acestor aplicații este în diagnoza medicală cum ar fi : cancerul sinului, artritele reumatice, fracturi ortopedice, localizarea infecțiilor, examinarea circulației periferice în cazul bolilor vasculare, chirurgia plastică etc.

Practicienii care și-au însușit această tehnică și pot interpreta în mod corespunzător rezultatele confirmă că termografia este o metodă utilă și că se poate face o diagnoză corectă cu o precizie de 80% în medie.

Imaginea vasculară și distribuția de căldură a ramificațiilor de vase sînt constante și simetrice, dar pot apărea și variații ca rezultat al unei
deteriorări vasculare. Termografia nu înlocuiește deteriografia, dar
permite realizarea unor studii prealabile ale sistemului vascular
periferic. Ea poate fi utilizată asupra pacienților diabetici fără nici
un risc, evidențiind influența tratamentului medicamentos etc.

In timp ce tumorile și inflamațiile produc o crește a temperaturii în zonele bolnave, tulburările de circulație duc la o scădere a temperaturii suprafețelor afectate. Reducerea căldurii emise de o extremitate în comparație cu alta, este adesea proporțională cu scăderea debitului de sânge.

Astfel o termogramă, înainte și după o intervenție chirurgicală, poate da o informație utilă asupra faptului dacă terapia a fost sau nu eficientă. Prin intermediul termografiei este posibil să se urmărească zilnic efectele tratamentului. Variațiile înainte și după intervenția asupra organului vizat, ca și acțiunea altui tratament, pot fi deci verificate cu ușurință prin termografie.

Diagnoza artritelor reumatice prin termografie a fost studiată minuțios ca o metodă de rutină pentru diferite investigații. Termografia dă aici mijloace obiective de urmărire a terapiei și schimbarea activității locale la articulații, dând medicului curant posibilitatea de înregistrare mai ușoară a unor mici schimbări, mai timpuriu decât prin alte mijloace. Experiența a arătat că organismul uman este practic un radiator perfect cu emisivitate de 99°/o pentru lungimi de undă mai mari de 3 p.m.

Se pare că există un anumit risc de interpretare eronată a termogramelor din cauza diferențelor de emisivitate dintre porțiuni ale corpului. Se mai poate arăta că se obțin rezultate superioare dacă temperatura pereților camerei în care se face examinarea este menținută la o valoare egală cu temperatura corpului.

2.5.2 Termoviziunea in stiinta si tehnica

Posibilitățile oferite de termoviziune în cercetarea tehnică.aplicatiile militare și în investigațiile de proiectare sînt practic nelimitate. Camera de televiziune sensibila în infraroșu poate fi plasată la distanță de obiect, distanță impusă doar de condițiile atmosferice — sensibilitatea camerei fiind independentă de distanță — iar măsurările pot fi făcute la o depărtare de până la câteva sute de metri fără o absorbție semnificativă în atmosferă. Echipamentele de termoviziune trebuie să corespundă unor norme severe, astfel încât să poată fi instalate pe vehicule de teren, pe elicoptere etc.

Aplicațiile termoviziunii în domeniile științific și ingineresc includ :

Cercetări în tunelele pentru teste aeronautice și aerodinamice ;

investigații în simulatorii spațiali ;

studiul temperaturii în materialele testate ;

cercetări a câmpului de lupta pe timp de noapte ;

cercetări în domeniul combustiei;

supravegheri realizate aerian ;

detecția focurilor în păduri ;

căutarea aeriană a oamenilor pierduți pe mare sau uscat.

2.5.2.1 Studiul transferului căldurii metalelor în tunelele hipersonice.

Studiile asupra transferului de căldură în corpuri arbitrare în tunelele aerodinamice este dificil de efectuat prin utilizarea unor tehnici curente cum ar fi colorimetria, termocupluri sau vopseluri sensibile la temperatură. Partea de înregistrare constă dintr-un vizualizor și o cameră de televiziune în infraroșu. Camera în infraroșu observă tunelul printr-o peliculă transparentă la frecvențele respective, plasată pe o placă de oțel perforat.

Studiul radiației în infraroșu a motoarelor de avion cu reacție este de o deosebită importanță în programele de testare a diferitelor aparate de zbor cu reacție. Ritmul baleierii în timp real și gama extinsă de temperaturi permite studiul variației jetului pentru diferite viteze ale motorului.

2.5.2.2 Rezolvarea unor probleme de tehnologie spațială.

Experimentele realizate prin instalarea la bordul unor sateliți militari impun cerințe stringente cu privire la temperaturile maximă și minimă admise pentru vehiculul cosmic. La aceasta se adaugă și faptul că ecartul dintre valoarea maximă și minimă este de regulă foarte îngust. Un factor decisiv pentru succesul proiectului este deci cunoașterea condițiilor de temperatură obținute. Pentru acest motiv, când se fac testele în camerele simulatoare de spațiu cosmic, un mare efort este alocat parametrilor tehnici ai fiecărui vehicul în parte. Metodele clasice folosesc termocupluri dispuse în puncte corespunzătoare pentru determinarea temperaturii cercetate. Această rezolvare ridică însă o serie de probleme deosebite, în special când satelitul se rotește în cameră în timpul testelor. Pe de altă parte măsurătorile sînt afectate de disipația de căldură, dar în orice caz termografia nu prezintă aceste dezavantaje și nu se bazează pe contactul direct cu obiectul de măsurat.

2.5.2.3 Supravegherea proceselor industriale.

Termoviziunea a fost adaptată de asemenea în domeniul producției industriale, pentru controlul nedestructiv așa cum vom vedea în cele ce urmează :

detecția defectelor de izolare termică în construcții ;

urmărirea continuă a temperaturii în procesele industriale pentru fabricarea hârtiei, metalului, sticlei, cauciucului și plasticului ;

descoperirea defectelor la roțile de tren în condiții de încărcare dinamică ;

inspecția plăcilor de cablaje imprimate ;

măsurarea temperaturilor la mașinile-unelte și a pieselor în lucru ;

verificarea căptușelilor la furnale.

2.5.2.4 Detectori de mișcare

S-a descris până acum folosirea televiziunii pentru supravegherea unor zone de interes, iar în cele ce urmează se va prezenta și posibilitatea folosirii televiziunii pentru detecția mișcării în aceste zone. Mișcarea detectată de camera de supraveghere poate face să se declanșeze o alarmă sonoră, sau să provoace deplasarea camerei în scopul urmăririi obiectului în mișcare.

Schema bloc a unui sistem de detecție a mișcării este dată în figura 2.3 și folosește o cameră de televiziune standard de 625 de linii și 50 de cadre pe secundă.

impulsuri de esantionare faza 1

intrerupator

video

impulsuri impulsuri

de comanda de stergere

impulsuri de esantionare faza 2

Iesire

stabilirea pragului

Figura 2.3 Schema bloc a unui detector de miscare

Semnalul video, de nivel standard (0,7 V/75Ω) este axat la intrarea într-o poartă video. Poarta este controlată cu ajutorul unor impulsuri de frecvența cadrelor și a liniilor care definesc fereastra supusă supravegherii.

Prin creșterea suprafeței ferestrei, sistemul va deveni mai puțin sensibil la mișcările obiectelor mici . [1]

2.6 Domenii de aplicație a camerelor video cu destinație speciala

2.6.1 Aplicații ale dispozitivelor videocaptoare lineare

Într-o măsură tot mai mare câmpul de aplicații al acestor dispozitive în domeniul industrial, militar și aerospațial se lărgește continuu. Au fost proiectate sisteme de camere video pentru controlul proceselor industriale, măsurări de poziție și dimensiuni, transmisii video in timp real, prelucrarea datelor, cercetare. etc.

Timpul de expunere a unei camere video este dat de:

T =

unde n – numărul impulsurilor de tact

f – frecvența de baleiaj

Acesta poate fi redus prin schimbarea lui n sau f în scopul prevenirii formării unei imagini mânjite în situația obiectelor în mișcare rapidă, respectiv mărit, în situația în care camera lucrează la nivele scăzute de lumină.

Alegerea dispozitivului videocaptor, precum și a opticii aferente se face pe baza următoarelor considerente :

distanța D de lucru – distanța de la partea din față a lentilelor la planul obiectului ;

grosismentul G al obiectului – raportul dintre dimensiunea obiectului și dimensiunea imaginii formate de senzor ;

câmpul C de vizualizare – distanța totală ce urmează să fie baleiată în planul obiectului ;

rezoluția R a obiectului — incrementul de dimensiune cel
mai mic ce poate fi rezolvat în planul obiectului ; raportul dintre
câmpul de vizualizare și numărul de elemente ale senzorului ;

lățimea B a liniei baleiate – lățimea fiecărei linii în planul obiectului.

În general se folosește următorul procedeu pentru a determina cel mai convenabil grupaj senzor-lentile :

Se determină câmpul C necesar a fi vizualizat. Pentru măsurări acesta va fi egal cu dimensiunea maximă a părții de măsură plus o toleranță de aliniere.

Se determină numărul N de elemente necesare pentru senzor. Numărul minim este raportul dintre câmpul de vizualizare și valoarea incrementului celui mai mic ce trebuie rezolvat. Datorită distorsiunilor inerente sistemului optic se obișnuiește să se dubleze acest număr și să se rotunjească pentru un dispozitiv videocaptor standard cu un număr de elemente mai mare sau egal cu această
valoare. De exemplu, dacă este necesar să se măsoare valori de 0,01" într-un câmp vizual de 1",se va recomanda un dispozitiv videocaptor de 256 de elemente.

Se calculează mărirea din câmpul de vizualizat C și lungimea senzorului L folosind formula :

G =

4. Fiecare baleiaj al camerei va da o măsurare care este o medie pe lățimea B a liniei baleiate. Acest parametru poate fi calculat din formula:

B = Gd + VtL

unde G este grosismentul, d este lățimea aperturii matricei, V este viteza obiectului, perpendicular pe direcția baleiajului și t este timpul de baleiaj al liniei. Dacă este necesară o sensibilitate mai mare și nu este esențial de minimizat B, se pot folosi matrici cu apertură mai mare.

5. Se determină distanța necesară pentru obținerea unui grosisment corespunzător, utilizând diferite tipuri de obiective.

Există câteva combinații senzor-obiectiv care dau grosismentul și câmpul de vizualizare necesare. Alegerea dintre acestea se face conform distanței de lucru celei mai convenabile.

Pentru obiectivele cu G mai mic de 20, va fi necesar un
prelungitor pentru o focalizare corectă.

O altă aplicație este în domeniul cercetării cu ajutorul sateliților care posedă dispozitive videocaptoare lineare cu baleiaj mecanic și care iau imagini în diferite porțiuni ale spectrului. Prin prelucrarea acestor date și corelarea lor se obțin date foarte importante în ceea ce privește diferite domenii, in special cel militar.

Schema unui asemenea aranjament de baleiaj folosind o oglindă oscilantă este arătată în figura 2.4 :

Un senzor obișnuit pentru asemenea aplicații constă dintr-o matrice de detectori individuală, aceștia fiind baleiați în direcția de mișcare a navei spațiale.

O altă aplicație deosebit de interesantă a unei matrici lineare videocaptoare de înaltă rezoluție o constituie transmisia la mare distanță, pe linie telefonică sau prin radio, a imaginilor fixe (schițe, desene, documente etc).

Camera de televiziune cu matrice videocaptoare conține un bloc mecanic servind la deplasarea documentelor prin fața sistemului optic al camerei. Deplasarea este realizată cu un motor pas-cu-pas comandat electronic. Pentru iluminarea documentelor se utilizează lămpi fluorescente. Matricea videocaptoare este urmata de circuite de amplificare si prelucrare a semnalului video, precum si de circuitele de control adaptiv al nivelului de decizie, funcție de viteza de transmisie si de iluminarea documentelor.

2.6.2 Utilizarea matricilor videocaptoare în sistemele de urmărire

Dispozitivele matriciale videocaptoare cu injecție de sarcină au aplicații potențiale într-o largă varietate de dispozitive militare, cum ar fi sistemele optoelectronice de urmărire și ghidare la țintă a proiectilelor reactive.

Într-un asemenea sistem, unul până la patru detectori sunt astfel dispuși încât îi baleiază energia țintei. Semnalul rezultant de la detector este decodat sau demodulat pentru a produce semnalul de ghidare care conduce racheta la țintă. Multe dintre sistemele de urmărire la țintă folosesc pentru aceasta energia emanată de țintă, dar totuși contramăsurile luate în acest sens de către țintă pot simula o astfel de degajare de energie care să producă confuzie în sistemul de urmărire.

Datorită acestui fapt au fost proiectate noi sisteme de urmărire mult mai complexe, care pot evita eventualele contramăsuri luate de ansamblul țintei. O metodă în acest sens este urmărirea matricială a țintei. Un urmăritor matricial captează imaginea țintei pe o matrice bidimensională, care din punct de vedere statistic poate obține măsurări mai exacte. Un asemenea sistem de urmărire poate fi utilizat la discriminarea unor ținte multiple, identificarea țintelor amice sau inamice etc.

Cercetările făcute în domeniul matricilor au condus la realizarea unui nou tip de sistem de urmărire. Un obiectiv focalizează imaginea țintei pe matricea videocaptoare care este baleiată electronic și permite astfel detecția imaginii. Detecția se face dacă semnalul furnizat de fiecare senzor elementar depășește un anumit prag. Informația de prag esențială este ținta, nivelul cel mai mare de zgomot fiind înlăturat prin stabilirea pragului de referință. Un calculator calculează apoi centroidul țintei, utilizând un algoritm, iar sistemul de urmărire se orientează spre centroidul țintei. Comenzile de urmărire pot fi obținute datorită faptului că centroidul țintei coincide cu vârful proiectilului reactiv, ceea ce înseamnă centrul matricei.

Pragul poate fi făcut adaptiv în baza teoriei lui Markov. Acest prag autoadaptiv este deosebit de util pentru a contracara măsurile de protecție luate de țintă. [5]

CAPITOLUL 3

Camere video speciale folosite in sisteme militare de televiziune

Marile progrese realizate în ultimul timp în domeniul televiziunii au făcut din aceasta un complex tehnic cu funcționare sigură și pe de-a-ntregul satisfăcătoare, fapt care a condus la utilizarea televiziunii și în scopuri militare, așa după cum toate realizările tehnicii își găsesc reflectarea lor și în domeniul militar.

In majoritatea cazurilor, aparatura de televiziune destinată utilizării în scopuri militare este supusă la o serie de restricții și cerințe speciale față de aparatura obișnuita de televiziune, datorită cărora condițiile de lucru sunt mai dificile. Funcționarea instalațiilor militare de televiziune trebuie să fie sigură. Consumul de energie electric trebuie să fie cât mai mic posibil, pentru a putea folosi surse de energie electrică de dimensiuni mici și cu durată mare de funcționare. De asemenea, dimensiunile și greutatea instalațiilor militare de televiziune – atât de emisie cât si de recepție – trebuie sa fie cât mai mici. Uneori instalațiile trebuie să fie ușor transportabile.

Cu toate aceste condiții grele, instalațiile militare de televiziune trebuie să aibă caracteristici și performanțe foarte bune, pentru a putea fi utilizate cu real folos pentru înfrângerea inamicului si pentru cucerirea victoriei.

Lupta modernă se caracterizează printr-un mare dinamism, prin schimbări rapide ale situației si printr-o mare adâncime a terenului cuprins în operațiile militare .

În aceste condiții, sarcina conducerii trupelor nu este ușoară. Pentru a putea lua hotărâri juste trebuie ca în primul rând comandanții să cunoască situația forțelor pe o cât mai mare adâncime de teren (zeci și chiar sute de kilometri). În acest fel, comandanții pot dispune de timpul necesar pentru a realiza o manevră convenabilă de forțe . în plus, trebuie să se controleze operativ desfășurarea manevrei respective spre a se interveni urgent pentru cercetarea eventualelor erori.

În al doilea rând, comandanții trebuie să fie în permanență informați asupra situației reale din fiecare moment, pentru a putea face față oricărei schimbări bruște de situație. Este știut că în primul rând mijloacele de transmisiuni reprezintă calea practică prin care comandanții sunt informați asupra situației. Este posibil ca în condițiile de luptă ale războiului modern, informarea comandanților să nu se mai poată face cu suficientă rapiditate și operativitate dacă se folosesc mijloacele obișnuite de transmisiuni.

Timpul relativ mare care este necesar pentru transmiterea rapoartelor prin aceste mijloace poate conduce la informarea cu întârziere a comandanților față de evoluția rapidă a operațiilor și astfel informațiile nu mai reflectă totdeauna situația reală a câmpului de luptă.

Ca mijloc modern de transmisiuni, televiziunea poate asigura informații care să satisfacă simultan cele două condiții importante arătate mai sus: să transmită informații în mod permanent și să se refere la o cât mai mare adâncime de teren.

Televiziunea prezintă câteva caracteristici specifice care constituie avantaje nete față de alte mijloace de transmisiuni. Astfel, comandantul poate urmări personal, în permanență, desfășurarea luptei cu ajutorul televiziunii. Se mărește în felul acesta foarte mult operativitatea conducerii luptei întrucât se apropie (virtual) câmpul de luptă de comandanți, deși aceștia se găsesc la o distanță oarecare, la punctele de observare sau de comandă

De obicei, se instalează pe câmpul de luptă în puncte diferite mai multe dispozitive de televiziune. Comandantul are posibilitatea să "vadă" prin oricare din instalațiile respective, deci, are posibilitatea să observe în același timp puncte diferite ale terenului fără să se deplaseze. Se mai poate constata că în definitiv televiziunea pune pe comandant în legătura cu toate detaliile ducerii luptei pe un front larg și poate lărgi apreciabil posibilitățile optice de vedere ale comandanților, în comparație cu posibilitățile obișnuite de observare directă.

Televiziunea mai are avantajul ca furnizează date, imagini, informații destul de fidele, lipsite de interpretările personale, si chiar de erorile care sunt strecurate uneori de către organele de cercetare.

În sfârșit, televiziunea este superioară altor mijloace de transmisiuni prin aceea că ea poate prezenta simultan aceeași informație la mai mulți comandanți, la mai multe state majore. Este evident că pe o parte se simplifică mult posibilitatea comunicării reciproce între aceștia, iar pe altă parte se ușurează cooperarea între unități.

Cu ajutorul televiziunii se mărește operativitatea conducerii luptei și prin aceea că se poate realiza legătura între comandanți și state majore, astfel încât corespondenții se pot vedea reciproc și pot să-și transmită reciproc, prin televiziune, imagini ale documentelor, harților etc.

Televiziunea permite și să se realizeze fotografierea diferitelor episoade ale luptei, obținându-se astfel documente ce pot fi utilizate ulterior.

Experiențele reușite efectuate în ultimii ani, în legătură cu realizarea televiziunii in scopuri militare, au făcut ca specialiștii militari să acorde o atenție tot mai mare acestor probleme.

Domeniul de aplicații posibile ale televiziunii in armată este foarte larg Spre exemplu, televiziunea asigură :

Cercetarea prin televiziune întrebuințată pe uscat, aer si apă;

Spionaj militar;

Controlul tragerii armamentului de artilerie și tancuri;

Mijloace de dezinformarea rachetelor, bombelor sau proiectilelor

de artilerie;

Descoperirea si curățarea câmpurilor de mine

Identificarea țintelor la distante mari ;

Conducerea acțiunilor pe câmpul de luptă, atât pe timp de zi cât și

pe timp de noapte , cât și în condiții meteo nefavorabile;

Cartografierea în condiții meteo nefavorabile ;

Misiuni de salvare terestre, aeriene, maritime;

Decolarea și aterizarea în condiții meteo foarte grele și navigația continua și controlul navigației portuare ;

Sisteme de urmărire a țintelor prin analiza imaginii video;

Sisteme de urmărire a traiectoriilor rachetelor;

Verificarea informațiilor și datelor cercetărilor obținute pe alte căi;

Verificarea mascării și a mijloacelor de protecție ale trupelor proprii;

Difuzarea imediată de imagini de pe documentele capturate de la inamic ;

Obținerea unor legături directe între comandanți și statele majore;

Urmărirea și controlul acțiunilor de desant ale inamicului cât și ale trupelor proprii etc. [1], [4], [6]

3.1.Cercctarea

După cum se știe, cercetarea este unul din cele mai importante moduri prin care se asigură acțiunile de luptă .

Cercetarea prin televiziune întrebuințată pe uscat, aer sau apă și în condiții grele de vizibilitate cu ajutorul camerelor de lut vederi speciale, mărește posibilitatea de alegere a informaților, de conducere nemijlocita, permițând comandanților să urmărească personal desfășurarea unor acțiuni importante precum contraatacuri, contralovituri, forțarea cursurilor de apă etc., să studieze locurile greu accesibile ale câmpului de luptă și raioanele cu niveluri mari de radiație.

Cercetarea rezolvă o serie de probleme importante putând descoperi la inamic dispunerea, grupările si regrupările de trupe, deplasarea lor, rețelele lor de comunicații etc.

Camerele de luat vederi pot fi folosite în cercetare sub forma de complet individual aflat asupra luptătorului sau pe unele mijloace cum ar fi:

♦ avioane de cercetare fără pilot;

♦ elicoptere de cercetare fără pilot;

♦ minisubmarine de cercetare ;

♦ roboti de cercetare ;

♦ sateliți militari de cercetare ;

♦ mijloace de cercetare terestre , aeriene si navale ;

3.1.1 Avioanele fără pilot comandante la distantă au captat o foarte mare utilizare după cel de-al doilea război mondial, fiind destinate în mare măsură cercetării radioelectronice aeriene și supravegherii continue a câmpului de luptă, la toate înălțimile de zbor ziua și noaptea sau în condiții meteo cu vizibilitate redusă.

In lupta de astăzi orice mică imagine poate fi sporită pentru succesul misiunii.

Majoritatea dețin aparatura de cercetare fotografică, camere de luat vederi în spectrul vizibil, infraroșu sau cu intensificatoare de lumina , sisteme GPS, ce ajută la construirea harților digitale, mijloace de iluminare cu laser si receptoare ultrasensibile cu microcalculatoare ce le comandă funcționarea în raport cu viteza și lungimea de zbor.

Avioanele cu pilot au avantajul că sunt greu detectabile datorită zborului la înălțimi joase și au o " amprentă " în infraroșu greu perceptibilă îngreunând descoperirea și combaterea lor de către sistemul de apărare antiaerian al inamicului.

Au o mare utilitate datorită prețului de cost scăzut în raport cu importanța informațiilor culese din adâncimea dispozitivului inamicului, vulnerabilitate mică în aer și la sol, mobilitate mare, consum redus de combustibil, aparatura de conducere ș. dirijare simplă, cheltuieli reduse pentru întreținere și exploatare, lansare și recuperare ușoară . Lansarea se face prin catapultare sau cu ajutorul unor rachete de start recuperabile, de pe autovehicule special amenajate, iar recuperarea se face prin capturarea în plasă sau parașutare .

Pot îndeplini misiuni ca:

Bruiaj radioelectronic prin vizarea directa a obiectivelor;

Descoperirea obiectivelor terestre fixe sau in mișcare si determinarea coordonatelor lor pentru realizarea hărților digitale ;

Indicarea țintelor și corectarea tragerilor de artilerie si rachete;

Iluminarea țintelor cu laser și apoi distrugerea lor cu muniție inteligentă;

In conflictul recent din Iugoslavia au fost folosite de către NATO mai multe avioane fără pilot de tip PIONEER, intrate în înzestrare în 1986, ele au efectuat 330 de misiuni și au petrecut in văzduh 1000 ore în războiul din golf. Trei au fost lovite cu arme de foc de calibru mic iar unul a fost doborât Ele cântăresc 124 Kg, au o autonomie de zbor de 5-6 ore până la o altitudine de 4500 m cu o viteza de 175 Km/oră și o rază de acțiune de 150 Km.

Datele sunt culese cu ajutorul camerelor și sunt transmise pentru valorificare în timp real, crescând considerabil viteza de acțiune și contraacțiune a trupelor.

3.1.2 Roboții au câștigat o mare întrebuințare în cercetare, observare, în curățarea si realizarea câmpurilor de mine . Mai nou se pune problema utilizării lor în acțiunile de lupta pentru diminuarea riscului pierderii de vieți omenești.

O categorie aparte din punct de vedere a. stadiului avansat de realizare cât si de integrare în actualul teatru de operații militare, o constituie senzorii, sau roboții "văzători".

Actualii roboti dețin de la dispozitive individuale, pentru a observa câmpul de luptă într-un singur spectru, la dispozitive ce acoperă tot spectrul video (inclusiv domeniile infraroșu și ultraviolet), având în structura elemente de memorie si sinteza a informațiilor.

Mobili sau staționari, robotii "văzători" sunt utilizați pentru:

• Recunoașterea formelor corpurilor ;

• Recunoașterea culorilor de avertizare sau de identificare;

• Punerea in evidență a schimbării unor elemente de vegetație dintr-o anumită zonă;

• Observarea schimbării în timp a culorii unor elemente;

• Supravegherea și identificarea dinamicii imaginii vizuale a câmpului de luptă;

Acești roboți se împart în doua categorii:

1. Observatori – destinați a pune în evidenta într-un anumit câmp modificările de energie vizuală sau de energie din spectrele infraroșu si ultraviolet pe baza dinamicii contrastelor imaginii obiectelor din câmp.

2. Explorator. – destinat, a pune in evidență schimbările de structură din câmpul observat pe bază de imagini video, laser, termo, etc.

UK Defense a folosit cu succes pentru curățarea câmpurilor de mine in Bosnia și Kosovo doua tipuri de roboti (Figura 4.1). Primul, Bisson, din stânga cântărește 210 Kg, iar a, doilea The Skid-Streed de 35 Kg au cate două camere de luat vederi color în partea superioară pentru mers si direcționare spre înainte și înapoi. Pot fi dirijate de la o distanța de până la 11 Km de către un genist operator printr-un display L.C.D. [13]

Figura 4.1 Roboți pentru deminări

3.1.3 Sateliții de cercetare cântăresc între 1000 și 2000 de Kg, se lansează pe orbite aproape circulare, trecând pe la cei doi poli la o altitudine ce poate varia în funcție de misiune între 160 și 500 de Km. Ultimele realizări tehnice permit ca sateliții să-și poate schimba orbita și modifica înălțimea la o comandă dată de pe pământ. Pe acest, satelit, se află o aparatură electronică diversă printre care și detectoare în infraroșu cu o sensibilitate foarte mare ce pot descoperi urmele lăsate de obiecte pe sol (autovehicule pe drumuri, concentrări de tehnica militară etc.) sau traseele submarinelor cu propulsie nucleară care navighează in

imersiune în oceane.

Sateliții sunt capabili să obțină imagini vizuale cu o rezoluție mai mica de 0.30 m. Imaginile sunt transmise în timp real prin rețeaua de comunicații prin satelit la stația terestra proprie sau la alte terminale terestre pentru a pune la dispoziția comandanților militari, într-un timp cât mai scurt informațiile culese. Aceștia au avut o mare utilizare in războiul din Golf(cei de tipul KH-11 și variante modernizate ai acestora : KH -12 -1, KH -12 -2, KH -12 -3, KH -12- 4),

încât orice mișcare militară de amploare a Irakului a putut fi descoperită și monitorizată de armata americană.

3.1.4 Mijloace de cercetare terestre, aeriene si navale

În cazul în care apărarea antiaeriană a inamicului este slabă și se dorește transmiterea imaginilor video la distanțe de sute de kilometri și la o calitate foarte bună camerele video se instalează pe avioane și elicoptere pilotate, de spionaj cum ar fi sistemul aeropurtat de avertizare, comandă control si comunicații ale spațiului aerian E-3 Sentry AWACS din dotarea armatei S.U.A..

Suprafața de pământ pe care o "vede" o instalație de televiziune montată pe avion este destul de mare. Spre exemplu, dacă avionul zboară la înălțimea de 5000 metri atunci stația de televiziune "vede" o zona de pe pământ ce ocupă un cerc cu rază de aproximativ 25-35 Km .

După regiunea in care zboară, avionul poate transmite imagini de la inamic pe o fâșie de 60 Km și pe o adâncime de aproximativ 30-40 Km față de limita dinainte a trupelor proprii.

Bătaia unei stații de emisie situată pe un elicopter sau un avion depinde în primul rând de înălțimea de zbor a acestora și de puterea ei. Cu cât înălțimea este mai mare, ci atât distanța de la care se poate recepționa semnale este mai mare .Ulterior, odată cu perfecționarea aparaturii de televiziune și ,în special ,cu reducerea dimensiunilor camerelor de luat vederi și a operațiunii de emisie s-a trecut la folosirea televiziunii și pentru cercetarea terestră, pentru observarea câmpului de lupta și pentru ușurarea conducerii trupelor.

Ca mijloc de cercetare terestră televiziunea ajută deosebit de mult pe comandant, care urmărește chiar pe timpul luptei acțiunile trupelor proprii si ale inamicului în diferite sectoare ale frontului în locuri greu accesibile etc. Comandantul urmărește de asemenea modul de desfășurare a acțiunii trupelor popii și ale inamicului, în diferite sectoare ale frontului și în locuri greu accesibile.

In cadrul cercetării terestre, camera de televiziune se duce la limita dinainte a trupelor popii și având grijă să fie mascată, pentru a nu fi observată de inamic, se îndreaptă cu obiectivul spre fâșia ce trebuie ocupată de acesta, sau spre punctele în mod special. în acest caz se folosesc camere de televiziune foarte mici (5x10x15 cm) și cu greutate redusă.

În prezent există și sisteme complexe de observare și cercetare prin televiziune, în care se combină observarea terestră cu ceea aeriană, folosindu-se 3-5 camere de luat vederi terestre și 1-2 camere de cercetare situate pe avioane sau elicoptere . Numărul camerelor video folosite este determinat de către nevoile de cercetare , precum și de distanțele de observat în teren Partea terestră a acestui sistem complex poate fi reprezentată în figura 4.2. Cele trei camere video (CI, C2, C3) sunt legate prin cablu la stațiile respective de emisie (El, E2, E3), care transmit imaginile la punctul comun de retransmitere. La punctul comun de retransmitere se găsesc trei receptoare de televiziune (R1, R2, R3), care "prind" imaginile corespunzătoare celor trei camere , operatorul de la punctul de retransmitere are posibilitatea, cu ajutorul unui comutator C, să aleagă din cele trei camere disponibile numai una, ale cărei semnale le introduce în emițătorul E al punctului de retransmitere.

C1

C2

Stație recepție

La PC

C3 Punct de retransmitere

10-30 m 2-8 Km 30-40 Km

Figura 4.2 Transmiterea imaginilor video la nivel de subunitate

Emițătorul, de tipul radioreleelor, amplifică și emite cu putere mare spre Punctul de Comandă (situat la 30-40 Km), unde se găsește receptorul de televiziune pe care apare imaginea transmisă de camera respectivă. Toata rețeaua de stații din figura 4.2 este dublată și printr-o rețea de stații radio obișnuite cu ajutorul cărora se păstrează legătura de vorbire . Prin aceasta rețea de vorbire se transmit, de la camerele de televiziune spre înapoi comentariile imaginii In afară de acestea dinspre înapoi spre înainte se transmit ordinele si dispozițiile , fie de la punctul de dispecer – pentru a capta imaginea de la o cameră la alta – fie la camere pentru a îndrepta obiectivul spre anumite puncte importante în teren, care interesează pe comandanți.

3.2 Completul de luptă al soldatului de mâine

Despre completul de luptă al soldatului de mâine , James Adams desena în lucrarea sa "Următorul – ultimul război mondial" ca :

„Inima războinicului terestru este un complex de computer și radio conceput astfel încât să corespundă cu rama raniței ușoare a soldatului. Radioul este conectat la computer, care se află în contact cu un colimator laser (localizator de gamă), o cameră video atașată carabinei M4 modificată și cu un display audio-video în cască (vizorul – display al căștii are versiuni de zi și de noapte ). Arma devine efectiv un sistem vizual secundar al soldatului, trimițând semnale la display-ul căștii și mai departe, prin radio, spre postul de comandă. Astfel, soldatul poate vedea el acțiunile inamicului fără a intra însuși în linia de foc – nu trebuie decât să țină arma deasupra tranșeei sau după coltul unei clădiri și la, nevoie, să și tragă. Toate cablurile sunt integrate în rama raniței, care este concepută să se flexeze după mișcările soldatului.

In aceeași ramă se află un nod GPS care-i comunică soldatului coordonatele exacte ale pozițiilor sale pe sol. Aceste date combinate cu informațiile de la localizatorul laser de gama, montat pe armă, care are o raza de acțiune de pana la 2,5 Km, sunt alimentate în computer, care calculează cu precizie coordonatele unei poziții inamice. Apoi aparatul radio expediază aceste date la bază, împreuna cu o imagine video dinamică ".[10]

3.3 Sistem automatizat de conducere a focului a armamentului de pe tanc

Elementul central al sistemului complex de conducere este calculatorul balistic.

Elementele de tragere (distanța față de țintă , unghiul de înclinare al tancului, viteza laterală a vântului, uzura țevii, vitezele de deplasare a țintelor, unghiul de deplasare, etc.) sunt introduse pe la sistemul de urmărire, descoperire, si determinare în calculator. Sistemul de urmărire este compus din camere video în spectrul vizibil și infraroșu, senzori laser și radar. Unitatea centrală face calculele balistice necesare tragerii și le transmite sistemului de ochire și sistemului de afișare cu care operează comandantul.

3.4.Sisteme de urmărire a țintelor prin analiza imaginii video

Imaginea în vizibil sau obiectul de interes, cum ar fi: formă, mărime, culoare, poziție, evoluție în timp etc. Pe această idee de analiză a imaginii video s-au dezvoltat sisteme care se găsesc pe diferite categorii de tehnică cum ar fi:

instalații de lansare rachete ;

aparatură de determinare a traiectoriei;

sisteme de autodirijare ;

aparatură de conducere a focului;

Din compunerea sistemului fac parte :

manșa cu pupitrul de semnalizare și comandă – realizează interfața operator – sistem, adică se localizează ținta;

monitorul TV- realizează afișarea imaginii video și a unor informații ca: regim de lucru, ferestre de urmărire, reticul, unghiul de deschidere al obiectivului, unghiurile platformei sistemului de acționare etc;

blocul de urmărire – conține un procesor, memorii DRAM si SRAM. convertoare analog numerice. El realizează prelucrarea sistemului video numeric în vederea extragerii unor informații ce caracterizează obiectul pentru al diferi de mediu și informații despre dinamică și poziția obiectului;

sistemul de acționare – este elementul pe care se montează senzorii de imagine (camere si obiective) și a cărei mișcare menține în permanenta obiectul vizat în câmpul vizual al camerei;

Blocul cu camere si obiective – ester elementul ce convertește imaginea în semnale electrice. Calitatea acestei conversii este dată de calitatea senzorilor de imagine. Se folosesc senzori de imagine CCD cu transfer pe cadru;

3.5.Televinunea ca mijloc de legătură

Pentru a se apropia cât mai mult legătura telefonica de condițiile ideale de legătură – corespunzătoare contactului personal între comandanți – s-a căutat să se adapteze televiziunea la convorbirile telefonice, în sensul ca cei doi corespondenți care poartă o convorbire telefonică sa se și vadă unul pe celalalt

(videotelefon). Imaginea corespondentului apare pe un ecran de dimensiuni relativ mici (5×7,5cm sau 2,5×3,75 cm). Ar fi incomod și nepractic ca pentru transmiterea acestor imagini să se folosească instalații de emisie-recepție de televiziune de tipul celor arătate in paragraful precedent. în plus, ar fi greu de asigurat pentru legătura de televiziune o rază de acțiune atât de mare cât este raza de acțiune a legăturii telefonice (sute și mii de kilometri).

De aceea, transmiterea imaginilor se face în acest caz într-un mod special. Semnalele imagine obținute de la tubul catodic de emisie nu se mai transmit prin radio abia după ce se modulează o unda purtătoare, ci se transmit direct, pe o cale de frecventa din sistemele obținute de curenți purtători. Cu ajutorul acestora se transmit mai multe convorbiri telefonice pe aceleași fire de legătură.

Cum însă o cale din sistemele de curenți purtători permite sa treacă numai un spectru foarte îngust de frecvente (câteva sute de oscilații pe secundă), iar semnalul obișnuit imagine în televiziune ajunge pană la câteva milioane de oscilații pe secunda, s-a trecut la un mod special de explorare (baleiate) a imaginii. În primul rând se reduce numărul de rânduri în care se reduce imaginea la 60 (în loc de 625 cat este numărul obișnuit de rânduri). În al doilea rând, nu se mai transmit 25 cadre pe secundă, ci un cadru la două secunde.

Desigur ca imaginea este dată de astă dată calitativ inferioara celei obișnuite prin sistemele obișnuite de televiziune, totuși, ținând seama că în majoritatea cazurilor imaginile transmise sunt fixe sau puțin mobile se obțin imagini suficient de clare, care permit nu numai recunoașterea corespondentului

telefonic dar și observarea detaliilor figurii acestuia. Sistemul acesta de televiziune funcționează la lumina normala a zilei sau la iluminarea artificiala.

Distanta de lucru a acestui dispozitiv este egală cu bătaia sistemului de curenți purtători penru care se transmite imaginea. Practic, s-au transmis asemenea imagini chiar la distante de 4500km.

3.6. Autodirijarea sau dirijarea rachetelor, bombelor si a proiectilelor de artilerie

O problemă importantă și complicată a războiului modern este lovirea obiectivelor situate în adâncimea apărării inamicului. Acest lucru se realizează cu ajutorul aviației sau cu ajutorul proiectilelor teleghidate.

În cazul aviației, aceasta trebuie să se deplaseze la foarte mari înălțimi și cu viteze de zbor, pentru a reduce astfel apărării antiaeriene a inamicului.

Utilizarea proiectilelor teleghidate este mult mai eficace. După cum știe, proiectilele teleghidate pot fi dirijate de la distanta prin radio, astfel încât să cadă pe obiectivul propus din interiorul teritoriului ocupat de inamic. Aceste proiectile pot fi lansate de pe un avion-purtător, care după lansare conduce de la distanta mersul fiecărui proiectil.

Figura 4.3

Pentru ca proiectilul teleghidat să aibă exact traiectoria dorită și să lovească ținta, este necesar ca între el și avion să existe două căi de legătură:

O cale de comandă(dirijare), prin care se transmit, de la avionul purtător la proiectilul teleghidat, semnalele radio, care comandă corectarea abaterilor proiectilului fața de traiectoria dorită.

O cale de control (urmărire), prin care se observă în mod permanent, mersul proiectilului, traiectoria sa, eventualele abateri ce urmează a fi corectate etc.

Prima cale (de comandă ) este realizata prin mijloacele cunoscute de

telecomanda .

Cea de-a doua cale (calea de control), poate fi realizată prin mai multe metode. În primul rând se poate realiza un control vizual al mersului proiectilului. Un operator amplasat pe avionul care a lansat proiectilul îl urmărește pe acesta cu ochii liberi sau cu ajutorul unor dispozitive optice prin calea de comandă și se transmit apoi spre proiectil semnalele radio care trebuie sa mențină proiectilul pe lima dreaptă ce unește avionul cu ținta.

Acest sistem de control al traiectoriei proiectilului este relativ simplu și nu necesită o aparatură prea complicată în schimb, el implica o serie de dezavantaje. Astfel, avionul care conduce proiectilul trebuie să se găsească în zona din imediata apropiere a obiectivului urmărit și deci tocmai in zona de acțiune maxima a apărării antiaeriene a inamicului in plus, așa cum s-a arătat mai înainte, avionul trebuie sa zboare pe o traiectorie obligată (pentru ca avionul, proiectilul și ținta să se găsească in linie dreaptă ) și deci este limitat in capacitatea sa de manevrare, deși se găsește tocmai in bătaia artileriei inamice.

In sfârșit, acest sistem de control vizual al mersului proiectilului are dezavantajul ca poate fi folosit numai când exista o buna viabilitate optică în raionul țintei.

Autodirijarea sau dirijarea se face cu ajutorul senzorilor sau a camerelor video incorporate în acestea. Dirijarea se realizează manual de către un operator sau automat prin recunoașterea amprentei termice. O astfel de cameră este cea produsă de Celisius Teh (figura 4.5).Camera are o deschidere de 11 cm și doua comutatoare electrice pentru un câmp de vizualizare de 4,6 x 3,40 și 2,3 x 1,70. Aceasta este pusă pe rachete antitanc pentru identificarea tancurilor prin imagine termică. [10]

Fig.4.4. Amprenta termică a unui tanc (stânga) și modul de mascare a amprentei termice prin grenade de mascare incendiare.

Fig.4.5.Cameră pentru dirijarea bombelor și rachetelor

CAPITOLUL 4

Camere video cu principii de funcționare în infraroșu și termoviziune [11], [12]

ThermaCAM M1    

CAMERA IR DEDICATA APLICATIILOR MEDICALE

Domeniu: -20 … 55°C

Detector: 160 x120 pixeli fizici 

Rezolutie termica: 0,1°C/ 50Hz

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Obiective interschimbabile: standard, teleobiectiv x2, superangular x0,5, superangular x0,25.

Masurare: Spot deplasabil, Arie, Izoterma

Interfete: video, USB – memorie 200 imagini 

Program profesional de analiza termica inclus

ThermaCAM B2   

CAMERA IR DEDICATA     SCANARII CLADIRILOR            

Domeniu: -20 … 55°C

Detector: 160 x120 pixeli fizici 

Rezolutie termica: 0,1°C/ 50Hz

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Obiective interschimbabile: standard, teleobiectiv x2, superangular x0,5, superangular x0,25.

Masurare: Spot deplasabil, Arie, Izoterma

Interfete: video, USB – memorie 200 imagini 

AUTODETECTIE ZONE CU POTENTIAL DE CONDENS

Program profesional de analiza termica inclus

ThermaCAM E25                 

CAMERA IR LOW COST PENTRU INSPECTII ELECTRICE/TERMICE

Domeniu: -20 … 250°C

Detector: 160 x120 pixeli fizici 

Rezolutie termica: 0,2°C/ 50Hz

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Obiective interschimbabile: standard, teleobiectiv x2, superangular x0,5, superangular x0,25..

Masurare: Spot fix

Interfete: video, USB – memorie 200 imagini 

Program profesional de analiza termica inclus

ThermaCAM E45    

CAMERA IR PROFESIONALA

Domeniu: -20 … 250°C (optional +900°C)

Detector: 160 x120 pixeli fizici 

Rezolutie termica: 0,1°C/ 50Hz

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Obiective interschimbabile: standard, teleobiectiv x2, superangular x0,5, superangular x0,25..

Masurare: Spot deplasabil, Arie, Izoterma

Interfete: video, USB – memorie 200 imagini 

Program profesional de analiza termica inclus

ThermaCAM E65    

CAMERA IR PROFESIONALA

Domeniu: -20 … 250°C (optional +900°C)

Detector: 160 x120 pixeli fizici 

Rezolutie termica: 0,1°C/ 50Hz

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Obiective interschimbabile: standard, teleobiectiv x2, superangular x0,5, superangular x0,25..

Masurare: Spot deplasabil x3, Arie, Izoterma, Alarme

Interfete: video, USB – memorie 200 imagini 

Program profesional de analiza termica inclus

ThermaCAM B20         

CAMERA IR PROFESIONALA PENTRU SCANAREA CLADIRILOR

Domeniu: -40 … 55°C

Detector: 320 x 240 pixeli fizici 

Rezolutie termica: 0,08°C/ 50Hz

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Obiective optionale: teleobiectiv x2 / x4 / x8, superangular, microscop.

Masurare: 10 spoturi deplasabile, 5 arii deplasabile, 2 iyoterme, profil DeltaT

Interfete: video, USB – memorie 500 imagini 

Program profesional de analiza termica 

ThermaCAM P25  

CAMERA IR PROFESIONALA    LOW COST

Domeniu: -40 … 500°C (optional +1000°C)

Detector: 320 x 240 pixeli fizici 

Rezolutie termica: 0,08°C/ 50Hz

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Obiective optionale: teleobiectiv x2 / x4 / x8, superangular, microscop.

Masurare: Spot fix

Interfete: video, USB – memorie 500 imagini 

Program profesional de analiza termica                 

ThermaCAM P45 

CAMERA IR SUPER-PROFESIONALA

Domeniu: -40 … 500°C (optional +2000°C)

Detector: 320 x 240 pixeli fizici 

Rezolutie termica: 0,08°C/ 50Hz

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Obiective optionale: teleobiectiv x2 / x4 / x8, superangular, microscop.

Microfon/Casca pentru inregistrare comentarii vocale

Masurare: 10 spoturi deplasabile, 5 arii deplasabile, 2 iyoterme, profil DeltaT

Interfete: video, USB – memorie 500 imagini 

Program profesional de analiza termica                 

ThermaCAM P65   

CAMERA IR SUPER-PROFESIONALA

Domeniu: -40 … 500°C (optional +2000°C)

Detector: 320 x 240 pixeli fizici 

Rezolutie termica: 0,08°C/ 50Hz

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Camera digitala color 640×480 pixeli

Ecran extern color TFT cu telecomanda

Microfon/Casca in conexiune Bluetooth

Obiective optionale: teleobiectiv x2 / x4 / x8, superangular, microscop.

Masurare: 10 spoturi deplasabile, 5 arii deplasabile, 2 iyoterme, profil DeltaT

Interfete: video, USB, IrDA – memorie 1000 imagini 

Program profesional de analiza termica                 

ThermaCAM A10      

CAMERA IR ULTRA-MINIATURA LOW COST

Temperatura maxima detectabila: +400°C

Detector: 160 x120/128 pixeli fizici 

Rezolutie termica: 0,085°C/ 30Hz

Obiective: standard, teleobiectiv x2, superangular x0,5

Interfete: video digital, RS232 (FireWire, Ethernet, LVDS) 

Greutate: 120g

Dimensiuni: 35x37x49mm

Alimentare: 3,5-9Vcc, 7-30Vcc (optional)

Temperatura de operare: 0..40C (-40…+55C)

Pret: incredibil de mic.        

ThermaCAM A20V   

CAMERA IR PROFESIONALA APLICATII ON-LINE

Domeniu: -20 … 250°C (optional +900°C)

Detector: 160 x120 pixeli fizici 

Rezolutie termica: 0,1°C/ 50Hz

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Obiective interschimbabile: standard, teleobiectiv x2, superangular x0,5, superangular x0,25..

Interfete: Ethernet, FireWire, Control TTL, Video PAL

Alimentare: 12/24Vcc

Masurare A20M: Spot deplasabil, Arie, Izoterma, Alarme

Program profesional de analiza termica in timp real

Ideala pentru aplicatii industriale, supraveghere etc.

ThermaCAM A40V 

CAMERA IR ON-LINE SUPER-PROFESIONALA

Domeniu: -40 … 500°C (optional +2000°C)

Detector: 320 x 240 pixeli fizici 

Rezolutie termica: 0,08°C/ 50Hz

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Obiective interschimbabile: standard, teleobiectiv x2 / x3, superangular x0,5 / x0,25, microscop

Interfete: Ethernet, FireWire, Control TTL, Video PAL

Alimentare: 12/24Vcc

Masurare A20M: Spot deplasabil, Arie, Izoterma, Alarme

Program profesional de analiza termica in timp real

Ideala pentru aplicatii industriale, supraveghere, cercetare etc.                               

ThermaCAM Alpha NIR      

CAMERA IR PROFESIONALA INFRAROSU APROPIAT (NIR)

Detector: 320 x 256 pixeli fizici 

Rata de scanare: 30Hz

Spectru: 0,9-1,7microni

Obiective interschimbabile: 22x16grade, 11x8grade

Interfete: RS232 

detectarea profiluui razelor de laser

spectroscopie

recunoastere de forme

vedere prin materiale: vopsea, sange, cerneala, silicon etc.

ThermaCAM Merlin  

CAMERA IR ULTRA-PROFESIONALA

Detector: 320 x 256 pixeli fizici 

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Spectru: 1,5-5microni (3-5)microni

Domeniu: 0 … 350°C (optional +2000°C)

Rezolutie termica: 0,018°C/ 50Hz

Obiective interschimbabile: 41x31grade, 22x16grade, 11x8grade, 5,5×4,1 grade, lentile cu camp dublu si triplu

Interfete: S-video, RS422 

spectroscopie

analiza semnatura tinta

cercetare  

ThermaCAM PHOENIX   

CAMERA IR ULTRA-PROFESIONALA

Detector: 320 x 256 pixeli fizici 

Rata de scanare: 50Hz (timp real)

Spectru: 1,5-5microni (3-5)microni

Rezolutie termica: 0,025°C/ 50Hz

Frecventa imagine: 120cadre/sec … 38KHz

Obiective interschimbabile: 41x31grade, 22x16grade, 11x8grade, 5,5×4,1 grade, lentile cu camp dublu si triplu

Interfete: S-video, RS422 TTL

APLICATII: industriale, stiitifice, militare                               

ThermaCAM SC3000            

CAMERA IR ULTRA-PROFESIONALA

Domeniu: -20 … 500°C (optional +2000°C)

Detector: 320 x 240 pixeli fizici QWIP

Rezolutie termica: 0,02°C/ 50Hz

Focalizare motorizata si control de la distanta

Rata de scanare: 50Hz (timp real) … 900Hz

Obiective interschimbabile: standard, teleobiectiv x8 /..x2, superangular, microscop.

Interfete: video, RS232 

Program profesional de analiza termica inclus

CAMERA IR PENTRU APLICATII SPECIALE

CAMERA IR PENTRU SUPRAVEGHERE DIN ELICOPTER

Exemple de imagini in infrarosu

APLICATIE

Am realizat un sistem de transmisie in timp real a semnalului video de la camera video la monitorul calculatorului.

Linie de

transmisie

Cel mai important element din schemă îl reprezintă interfața, care este de fapt TUNNER-UL TV. În cazul semnalelor analogice, acesta realizează conversia analog / digitală. Sistemul poate fi implementat în două cazuri :

1. Sisteme de supraveghere:

2. Videoconferințe

Camerele video folosite pentru supravegherea unor încinte sau perimetre pot fi montate fix, folosite de regulă pentru supravegherea unor puncte obligatorii de trecere sau pot dispune de mecanisme de dispunere în două planuri (orizontal și vertical) pentru a permite orientarea de le distanță a camerei video, practic în orice poziție.

Sisteme de videoconferințe de înalta calitate. Organizațiile care folosesc exclusiv comunicațiile IP și urmăresc cele mai bune performanțe folosind standardul H.323 sau H.320 vor aprecia echipamentul View Station. Claritatea conversației e asigurata de legătura digitală audio full-duplex, de eliminarea automată a ecoului și de reducerea zgomotului de fond. [14]

Obiectivul camerei focalizează automat vorbitorul cu ajutorul unui senzor audio sau după anumite presetări în funcție de distanță. Interlocutorii vor discuta firesc fără constrâgerea respectării anumitor distanțe sau orientări .

View Video oferă unele software eficiente pentru monitorizarea sistemului și diagnosticarea unor anumite probleme. Responsabilii IT din cadrul organizației vor aprecia ușurința de întreținere și posibilitatea de update a softului prin Internet.

Aplicațiile de vizualizare pasivă pe timp de noapte necesită fotocatozi cu sensibilități radiante și luminoase ridicate. Astfel, s-au fabricat fotocatoade ce oferă un răspuns excelent la iluminarea produsa de cerul nopții.

In tabelul de mai sus este prezentat domeniul de variatie a iluminantei unei posibile scene de utilizare a camerelor de luat vederi.Se observa ca o camera video obisnuita va putea capta imagini doar in situatiile ce corespund scenelor 1,2,3 si eventual 4.Deci este evidenta necesitatea une aparaturi video cu care sa putem capta imagini in conditii optime si in celelalte cazuri de vizibilitate redusa.

In cele ce urmeaza am executat cu o camera video standart digitala SONY captari de imagini in toate cele 10 situatii posibile din tablel.asfel se poate vedea influenta majora pe care are iluminanta unei scene asupra inteligibilitatii imaginilor video.

CONCLUZII

În prezent și, cu cat mai mult in viitor, dezvoltarea armatei, va depinde

într-o măsură covărșitoare de dinamica implicării științei, a tehnologiei.

Transmiterea imaginilor TV la distantă, elaborarea echipamentelor destinate acestui scop, trebuie avute in vedere in încercările care se fac de a realiza un organism militar puternic si eficient. Este știuta importanta imaginii vizuale, aportul pe care îl are aceasta în formarea concepțiilor asupra fenomenelor, acțiunilor, etc.

Implementarea unor echipamente fiabile de transmitere a semnalului video va face posibila o dezvoltare si mai mare a televiziunii in armata, prin prezentare câmpului de lupta într-o imagine care reproduce foarte bine realitatea.

Dintre modelele de transmitere a imaginilor, televiziunea in relief are o importanta foarte mare pentru cercetarea solului, din avion. In acest caz observările capătă un efect calitativ nou.

Utilizarea televiziunii in armata va primi, de asemenea, un imbold puternic o data cu dezvoltarea mai larga a rețelei de televiziune pe întreg teritoriul tarii pe baza de stații radioreleu sau pe baza de cabluri coaxiale, in care caz se poate folosi televiziunea la distante foarte mari.

Este de întrevăzut ca posibilă folosirea combinata a rețelei publice de televiziune (si radiorelee) cu cea militară, așa după cum se utilizează de mult pentru nevoi militare rețeaua de telecomunicații națională.

În domeniul transmiterii imaginilor își găsește o mare utilitate o formă noua a tehnicii de televiziune, televiziunea încetinită, în care imaginile se transmit cu un număr redus de cadre. Prin aceasta se simplifică foarte mult aparatura iar semnalele electrice care se obțin pot fi transmise cu ajutorul canalelor obișnuite, având o bandă restrânsă, ceea ce mărește considerabil posibilitățile de lărgire si utilizare a televiziunii, întrucât în acest sistem numărul de cadre este foarte redus (se ajunge sa se transmită chiar câte un cadru la 10-30 secunde).Nu se pot transmite imagini cu o mare mobilitate ,însă se pot transmite imagini puțin mobile sau fixe (documente, hărți, grafice).Aceste imagini aproape statice pot cuprinde raioanele de dispunere a inamicului, linii de fortificații, aerodromuri, heliodromuri, etc., furnizând informații necesare pentru crearea eventualelor planuri de acțiune.

Un domeniu important al transmiterilor TV este folosirea acestora in scop didactic, pentru accelerarea instruirii militarilor si scurtare timpului de instruire. Prin acest sistem se pot utiliza la maximum corpul de instructori și profesoral, întrucât un singur instructor expune problemele la stația de emisie de televiziune, fiind urmărit de foarte mulți militari care privesc ecranele televizoarelor respective. Aceasta metoda se pretează bine de asemenea când este vorba de prezentări cu ajutorul planșelor, machetelor, demonstrațiilor pe plan mare, arătarea detaliilor de tehnica militară greu accesibila la un număr mare de militari.

Televiziunea preia si rezolva într-un mod nou o serie de probleme militare de baza, conducând la dezvoltări calitative importante în diferite domenii militare. Prin acestea se explica interesul din ce in ce mai mare ce se acorda utilizării televiziunii in armată.

Se poate spune ca în domeniul utilizării televiziunii în armată se fac doar primii pași. Câmpul perfecționărilor și al lărgirii utilizărilor este larg deschis întrucât posibilitățile potențiale ale televiziunii sunt destul de mari, progresul tehnologic simțindu-se, în special, în sectorul civil.

Transmiterea imaginilor, adaptarea la rigorile militare, crează o serie de probleme care trebuie luate în calcul:

Reducerea dimensiunilor si a consumului aparatelor

Simplificarea aparaturii

Mărirea razei de acțiune

Capturare de imagini si pe timpul nopții

Mărirea ecranului de recepție

Folosirea televiziunii în culori și în relief

Posibilitatea prelucrării imaginilor pentru particularizarea unor anumite detalii

Rezistenta sporită a echipamentelor

Asigurarea unor protecții bune a informațiilor vizuale

Odată cu dezvoltarea rețelelor de comunicații militare române, și implicit a STAR, nu trebuie ignorată transmiterea semnalului TV ,dat fiind aportul deosebit pe care îl aduce in desfășurarea acțiunilor militare.

BIBLIOGRAFIE

Mitrofan Gheorghe – Introducere în televiziune,Editura Teora,1993.

Capitan inginer Creangă Ion-televiziune și tehnică specială,Academia Militară,București, 1990.

Dr. Mincu Constantin, Prof.univ.dr. Gruia Timofte – Compatibilitatea sistemelor radioelectronice,Editura Olimp,1999.

Teodorescu Cristian – Videocamere.Funcționare și depanare, Editura Teora,1998.

Dragu Ion, Iosif Ion – Dispozitive videocaptoare și videoreproductoare, Editura Tehnica,1989.

Damachi Emil –Televiziune, Editura didactica și pedagogică, București, 1993.

Krivorcev Mihail – Photemetric measurements in television, Mir Publishers, Moskow, 1988.

***Prelucrare digitala de imagini, Editura Olimp, Cluj, 2000.

Pratt W.K. – Digital Image Processing, New York, 1990.

www.mapn.ro

www.thermcam.com

www.matronix.com

www.celisiusteh.com

www.viewvideo.com